От «божественной» асимметрии к науке: за что дали Нобелевскую премию по химии

Премия дана за решение одной из самых фундаментальных проблем в химии.

Химические молекулы обычно показывают как шарики, соединенные палочками, спичками. И оказывается, что если у вас из одного центра исходят четыре спички, и на каждом конце этой спички шарики разного цвета, то получаются молекулы, которые асимметричны по определению. И как бы вы их ни крутили, они не будут сведены к молекулам, являющимся их зеркальным изображением.

Грубо говоря, есть правая рука и левая рука. Они очень похожи, но как ни крути их в пространстве, их не совместить вместе, потому что они принципиально асимметричны. Эта принципиальная асимметричность — это основа всего живого, всех основных материалов, из которых мы созданы, в частности белков и нуклеиновых кислот.

Принципиальная асимметричность играет очень важную роль в распознавании молекул между собой. Это имеет отношение к тому, почему мы чувствуем запах, почему происходят определенные каталитические процессы и так далее. Но глобальный вопрос, на который химия не могла ответить и до сих пор на самом деле не может ответить, — это то, а как эта асимметричность возникла?

Почему все нуклеиновые кислоты или все белки имеют определенную конфигурацию и являются определенными, так называемыми энантиомерами (две версии одной молекулы, которые относятся друг к другу как правая и левая рука — прим. ред.) Вот, это была большая загадка.

Где-то 50–60 лет назад один физик предложил, что в принципе это возможно, если у нас будут молекулы, которые могут производить друг друга. Одна молекула асимметричная может производить себе подобные, другая молекула асимметричная будет производить себе подобные.

Например, у меня есть отпечаток правой руки и левой руки. Если у вас есть сто правых рук и 200 левых рук и вы будете просто делать эти отпечатки, то у вас всегда будет такое же соотношение — сто к 200. Но если у вас, например, руки могут друг с другом взаимодействовать и правая рука может блокировать произведение отпечатков левой руки, то тогда, если у вас правых рук 200, а левых рук у вас сто, то, когда они сцепятся, у вас будут оставшиеся сто правых рук производить свои отпечатки. И тогда может возникнуть произведение асимметричных молекул.

Таким образом, в природе может теоретически возникнуть хиральность (свойство объекта или молекулы не совпадать со своим зеркальным отражением — прим. ред.) Теоретическое объяснение существовало, но практическая демонстрация того, что химические реакции могут протекать таким образом, была сделана сегодняшними нобелевскими лауреатами.

Анри Каган и Кэнсо Соаи продемонстрировали, что такие реакции могут происходить на практике. И это происходит тогда, когда в результате реакции у вас производится продукт, который сам по себе является катализатором своего собственного производства. Так называемые автокаталитические реакции.

Это объясняет, как могла бы появиться жизнь и возникнуть асимметрия в природе. Но это не означает, что именно поэтому мы с вами возникли. Потому что химические реакции, которые лежали в основе появления жизни, совсем, видимо, другие. Но это означает, что это, в принципе, возможно. И поэтому это, в общем, практическое решение одной из самых главных проблем на стыке между химией и биологией.

Например, все аминокислоты левые. Но почему они левые? Раньше это объясняли чуть ли не чем-то божественным — кто-то придумал, что они левые. Оказывается, это совсем не обязательно будет божественно, но такое может возникнуть в природе. Вот именно к возникновению этой асимметричности, к накоплению этой асимметричности имеет отношение это открытие.