ქიმიური ასიმეტრიის აღმოჩენამ 2026 წლის ნობელის პრემია დაიმსახურა

ზოგი მოლეკულა ქირალურია. ეს ნიშნავს, რომ მოლეკულას ერთმანეთის სარკისებრი, თუმცა არაიდენტური ორი ფორმა აქვს, როგორც მარცხენა და მარჯვენა ხელს. ბიოლოგიის ერთ-ერთი ყველაზე იდუმალი ქიმიური ფენომენი ისაა, რომ ცოცხალ ორგანიზმებში ამ ორი ფორმიდან თითქმის მხოლოდ ერთი გვხვდება. ამ მოვლენას ჰომოქირალობა ეწოდება.

მოლეკულის ორივე ვერსიას ენანტიომერი ეწოდება. მათ მსგავსი ფიზიკური თვისებები აქვთ, თუმცა შესაძლოა განსხვავებულად მოიქცნენ. ნობელის კომიტეტმა ეს მარტივი შედარებით ახსნა: „ზეინკალს შეუძლია ორი სარკისებრი გასაღები დაამზადოს, მაგრამ მათგან მხოლოდ ერთი ერგება საკეტს. თუ მომხმარებლები მის გაღებას მეორე გასაღებით შეეცდებიან, საკეტი შეიძლება დაზიანდეს“.

ჰომოქირალობა ახალი მედიკამენტების შექმნისას პრობლემას წარმოშობს, როცა საფუძვლად, მაგალითად, ამინომჟავები ან შაქრის მოლეკულები გამოიყენება. ქირალური მოლეკულის ერთი ენანტიომერი სასურველ სამკურნალო ეფექტს იძლევა. მეორემ კი შეიძლება არასაჭირო და ზოგჯერ საზიანო გვერდითი მოვლენები გამოიწვიოს. მეცნიერები სინთეზის შედეგად მიღებული მოლეკულის ვერსიას ყოველთვის მარტივად ვერ აკონტროლებენ.

ქირალური მოლეკულების აღმოჩენა პასტერის პერიოდს უკავშირდება. მან ორი ენანტიომერი აღმოაჩინა, რომლებიც ბაქტერიებთან შეხებისას სრულიად განსხვავებულად რეაგირებდნენ. მას შემდეგ სხვადასხვა მკვლევარი ლაბორატორიაში ჰომოქირალობის გამეორებას ცდილობდა. მათი მიზანი მისი სპონტანური წარმოშობის გაგება და ამ ცოდნის სხვადასხვა დანიშნულების მართვადი რეაქციებისთვის გამოყენება იყო. თუმცა ადრეულ ცდებში ორივე ვარიანტი თანაბარი რაოდენობით მიიღეს. ამგვარად, ბუნებაში არსებული შერჩევითობა ვერ გაიმეორეს.

გასული საუკუნის დასაწყისში გერმანელმა ქიმიკოსმა ვილი მარკვალდმა ასიმეტრიული რეაქცია შეიმუშავა. მას ორი ვერსიიდან ერთ-ერთის ოდნავ მეტი რაოდენობით წარმოქმნა შეეძლო. მარკვალდმა ეს ქირალური კატალიზატორის გამოყენებით შეძლო. ეს ნივთიერება ქიმიურ რეაქციას მოხმარების გარეშე აჩქარებს და ერთ-ერთი ენანტიომერის წარმოქმნას უწყობს ხელს. თუმცა ორ ვარიანტს შორის თანაფარდობა მხოლოდ მცირედ შეიცვალა.

მოგვიანებით, 1953 წელს, თეორიულმა ფიზიკოსმა ჩარლზ ფრანკმა ჰომოქირალობის გასამეორებლად საჭირო სამი პირობის მათემატიკური მოდელი წარმოადგინა. პირველი პირობა ერთი ვერსიის ხელშემწყობი ასიმეტრიული რეაქციაა. შემდეგ ეს სხვაობა უნდა გაძლიერდეს. ამასთან, თავად რეაქციამ მისი მამოძრავებელი კატალიზატორი უნდა წარმოქმნას. ამ უკანასკნელ თვისებას ავტოკატალიზი ეწოდება. ის ერთგვარ დადებით უკუკავშირს წარმოქმნის. მცირე საწყისი უპირატესობის გამო ერთ-ერთი ვარიანტი სულ უფრო სწრაფად გროვდება და საბოლოოდ რეაქციაში დომინირებს.

ეს მოდელი ანრი კაგანის კვლევას დაედო საფუძვლად. 1980-იანი წლების დასაწყისიდან მან კატალიზატორის დეტალური შესწავლით ასიმეტრიული რეაქციების დახვეწაზე მუშაობა დაიწყო. იმ დროს მეცნიერები ჩვეულებრივ ორი ნაწილისგან შემდგარ კატალიზატორებს იყენებდნენ. ლითონის ატომი რეაქციას ამოძრავებდა, ქირალური ნივთიერება კი პროცესის ასიმეტრიულობას უზრუნველყოფდა. მკვლევრები ვარაუდობდნენ, რომ ქირალური მოლეკულის ორივე ვერსიის თანაბარი რაოდენობით ნარევი დაბალანსებულ შედეგს გამოიღებდა.