Wytwarzanie m.in. bezpieczniejszych i skuteczniejszych leków, a nawet lepszych aromatów spożywczych, stało się możliwe dzięki pracom tegorocznych noblistów z chemii: Henriego B. Kagana i Kenso Soai.
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.
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.
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).
