Królewska Szwedzka Akademia Nauk 7 października przyznała Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii Francuzowi Henriemu B. Kaganowi i Japończykowi Kenso Soaiowi „za odkrycie efektów nieliniowych i autokatalizy w asymetrycznej syntezie organicznej”. Kagan ma 95 lat, a swoje kluczowe odkrycie opisał w 1986r. Soai, rocznik 1950, kilka lat później zaprojektował reakcję, którą komitet noblowski nazwał jednym z najbardziej spektakularnych eksperymentów w historii chemii.
Czytaj więcej
Królewska Szwedzka Akademia Nauk ogłosiła w środę laureatów Nagrody Nobla z chemii. Nagrodzono ich za odkrycia dotyczące efektów nieliniowych i aut...
Rękawiczki, buty i klucze
Wszystko zaczyna się od chiralności, czyli właściwości cząsteczek, które występują w dwóch wersjach będących swoimi lustrzanymi odbiciami. Wyglądają tak samo, ale nie da się ich na siebie nałożyć, tak jak lewej i prawej dłoni.
– Każdy z nas jako dziecko mierzył się z problemem chiralności, ucząc się zakładać buty. Widzimy go wtedy, kiedy stykają się dwie rzeczy, które mogą istnieć w dwóch lustrzanych odbiciach – mówi prof. Lewandowski.
Komitet noblowski posłużył się obrazem ślusarza, który dorabia klucze, ale zawsze wychodzą mu dwa lustrzane warianty. Tylko jeden pasuje do zamka, drugi może go uszkodzić, a ponieważ trudno je odróżnić, klient dostaje oba. Organizm jest właśnie takim zamkiem. – Jest zbudowany z jednej skrętności. Jest gwintem, do którego pasuje tylko śruba, na przykład prawoskrętna, a lek musi być dopasowany tak, żeby do tego gwintu pasował – wyjaśnia chemik.
Czytaj więcej
Tegoroczną Nagrodę Nobla z fizjologii lub medycyny otrzymali Karl Deisserotha, Peter Hegemann i Georg Nagel za odkrycia, które dały początek optoge...
To samo dotyczy zmysłów. Ta sama cząsteczka w jednej wersji pachnie miętą, a w lustrzanej kminkiem. Podobnie jest z domową apteczką. – Ibuprofen jest mieszaniną obu form, ale tylko jedna z nich rzeczywiście działa przeciwzapalnie i przeciwbólowo – podkreśla prof. Lewandowski. Dlatego każdą z dwóch form nowego leku trzeba przebadać osobno, a przemysł farmaceutyczny i rolniczy od lat szuka tańszych sposobów na otrzymanie produktu o jednej, właściwej skrętności.
Standard jak szerokość torów
Życie dokonało wyboru miliardy lat temu. Aminokwasy w białkach występują w jednej formie, cukry w DNA również w jednej. Chemicy nazywają to homochiralnością. Dlaczego akurat ta forma, a nie odwrotna? – Samo życie ustala standardy. To tak, jakbyśmy zdecydowali, czy tory będą o tej szerokości, czy innej. W pewnym momencie życie ustaliło szerokość i teraz się jej trzymamy – mówi prof. Lewandowski.
Gdyby jutro wszystkie aminokwasy na Ziemi zamieniły się w swoje lustrzane odbicia, przestalibyśmy żyć, bo reszta maszynerii komórki nie potrafiłaby odczytać DNA i budować białek. Gdyby jednak odwrócić wszystko, czyli nas i nasze otoczenie, nic by się nie zmieniło. – Ta decyzja na początku mogła być zupełnie odwrotna i nie miałaby żadnych konsekwencji – zauważa naukowiec. Niewielkie ilości „przeciwnej ręki” występują jednak w mikroorganizmach. – Wykorzystujemy to na przykład w antybiotykach, żeby celować dokładnie w element, którego nie ma w naszym organizmie.
Czytaj więcej
Królewska Szwedzka Akademia Nauk postanowiła przyznać Nagrodę Nobla z fizyki za 2026 rok Francisowi Halzenowi „za przełomowy wkład w powstanie i ro...
Sztafeta od Pasteura
Nobel dla Kagana i Soaia domyka historię, która zaczęła się w XIX wieku. Louis Pasteur pęsetą rozdzielił pod mikroskopem lustrzane kryształy kwasu winowego i wykazał, że skręcają światło w przeciwne strony. W 1857 r. zauważył, że bakterie fermentują tylko jedną z tych form. Na początku XX wieku Niemiec Willy Marckwald przeprowadził pierwszą reakcję asymetryczną, w której uzyskał minimalnie więcej jednej formy. W 1953 r. fizyk teoretyk Charles Frank z Bristolu opisał matematycznie warunki, w których reakcja mogłaby sama doprowadzić do homochiralności.
– Ci, którzy dostają Nagrodę Nobla, zawsze stoją na barkach osób, które były przed nimi. Tu mamy francusko-japońską konwersację od Pasteura po obecnych noblistów – mówi prof. Lewandowski. Pytany, dlaczego zadanie postawione przez Pasteura czekało tak długo, odpowiada: – Musieliśmy zrozumieć, jak zbudowane są cząsteczki, co oznacza, że węgiel ma cztery różne podstawniki, poznać chemię organiczną, nauczyć się tworzyć barwniki, a potem leki. Te elementy musiały złożyć się po kolei.
To, że „przepis” podał fizyk, a nie chemik, nie jest przypadkiem. – Odkrycia często polegają na tym, że coś oczywistego dla naukowca z jednej dziedziny rozwiązuje problem, który w innej istnieje od dekad – dodaje.
Czytaj więcej
Szwedzki Instytut Karolinska przyznał Nagrodę Nobla 2026 w dziedzinie fizjologii i medycyny. Laureatami zostali Karl Deisseroth, Peter Hegemann ora...
Brudny katalizator Kagana
Przez lata zakładano, że czystość katalizatora przenosi się na produkt liniowo: katalizator czysty w połowie daje produkt czysty w połowie. Kagan postanowił to sprawdzić. – Wszyscy starali się uzyskać coś, co kieruje reakcję tylko w jednym kierunku, więc ten element musiał być superczysty. A on zadał sobie pytanie: co, jeżeli nie będzie czysty? Czy nadal możemy dostać dobry produkt? – opowiada prof. Lewandowski.
Kagan mieszał obie formy katalizatora w różnych proporcjach i obserwował wynik. Zależność okazała się nieliniowa, choć, jak zaznacza rozmówca, nie zawsze korzystna: w dwóch z trzech badanych reakcji produkt był gorszy niż katalizator. Kluczowe było jednak to, że w sprzyjających warunkach produkt mógł być czystszy od katalizatora. Obrazowo: pary jednorodne tańczą szybko, a pary mieszane stoją pod ścianą. Jeśli jednych tancerzy jest trochę więcej, to oni opanowują parkiet, bo mniejszość utknęła w mieszanych parach.
Dlaczego Kagan nie dostał Nobla w 2001 r., gdy nagrodzono katalizę asymetryczną, którą także współtworzył? – To było zaskakujące. Ograniczeniem jest to, że nagrodzić można maksymalnie trzech naukowców, a to często powoduje niedocenienie tych, którzy też mieli istotny wkład – mówi prof. Lewandowski. Jak przypomina, w obronie Francuza protestował wówczas francuski minister nauki. – Na szczęście udało się tego naukowca nagrodzić. Był na tyle świetny, że miał więcej niż jedno osiągnięcie, za które można go było wyróżnić.
Zakwas Soaia i rzut monetą
Drugi krok wykonał Soai. Wykorzystał autokatalizę, czyli reakcję, w której produkt sam przyspiesza powstawanie kolejnych cząsteczek. – Zakwas i chleb. Jeżeli dodamy do mąki i wody trochę zakwasu, mąka i woda zamienią się w zakwas. Możemy upiec chleb, odłożyć małą część i dodać do kolejnego. To się samo napędza – tłumaczy prof. Lewandowski.
W reakcji Soaia pierwsza powstała cząsteczka nie tylko przyspiesza tworzenie następnych, ale też decyduje o ich „ręce”. Według opracowania naukowego Komitetu Noblowskiego przewaga jednej formy wynosząca 5 proc. urosła w pięciu kolejnych cyklach do 90 proc. Później z przewagi rzędu 0,00005 proc. w trzech cyklach otrzymano ponad 99,5 proc. – To trochę jak z metodą D’Hondta przy liczeniu głosów. Niewielka przewaga na początku przekłada się na bardzo dużą przewagę na końcu – porównuje chemik. – Albo jak worek z prawymi i lewymi rękawiczkami: każdą sparowaną parę odkładamy na bok. Z przewagi 501 do 499 dochodzimy niemal do samych rękawiczek jednej skrętności.
Najbardziej elegancki był eksperyment, w którym Soai nie dał reakcji żadnej podpowiedzi. W 37 próbach jedna forma wygrała 18 razy, a druga 19 razy, jak przy rzucie monetą. – Jeżeli zmierzymy sto tysięcy kolb, form A i B będzie dokładnie tyle samo. Ale wewnątrz jednej kolby pierwszy produkt staje się katalizatorem i decyduje, która forma powstanie – wyjaśnia prof. Lewandowski.
Czytaj więcej
Donald Trump ponownie skrytykował pominięcie go przy przyznawaniu Pokojowej Nagrody Nobla. Prezydent USA przekonuje, że zakończył osiem wojen i jes...
Życie na Marsie i komputery przyszłości
Czy po tym Noblu wiemy już, dlaczego życie wybrało tę, a nie inną rękę? – Wiemy, że to jest możliwe i że decyzja podjęta na początku mogła bardzo szybko rozprzestrzenić się na całą kulę ziemską. Nie tłumaczy to jednak, dlaczego wybrana została ta, a nie inna – odpowiada naukowiec. Odkrycie życia na Marsie albo na księżycu Jowisza Europie pokazałoby najpewniej drugi przypadkowy wybór. – Byłoby niezwykle ciekawe zobaczyć życie o przeciwnej skrętności. Choć samo odkrycie życia na Marsie zasługiwałoby na Nobla niezależnie od tego, czy byłoby prawo - czy leworęczne.
Prof. Lewandowski ma też swój typ na Nobla za dwadzieścia lat. Znów chodzi o chiralność: elektrony płynące wzdłuż skręconej, przypominającej sprężynkę cząsteczki, takiej jak nić DNA, mogą zostać „posortowane” według swojej skrętności. – To dałoby możliwość konstruowania nowego typu komputerów, w których nie tylko sterujemy prądem, ale na poziomie pojedynczego elektronu zwielokrotniamy przekazywaną informację – mówi.
Pasteur rozdzielał kryształy pęsetą. Soai pozwolił, by wyboru dokonał przypadek. Między nimi minęło półtora stulecia i kilka pokoleń chemików, którzy krok po kroku uczyli się tego, co życie potrafiło od zawsze.
