Nobel Kimya Ödülü, moleküllerin ayna görüntülerini çözen çalışmaya verildi

Nobel Kimya Ödülü, 12 milyon İsveç kronluk ödülle, asimetrik organik sentez çalışmaları için Henri B. Kagan ile Kenso Soai’ye verildi.

İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, ödülün Fransız kimyager Kagan ile Japon kimyager Soai arasında eşit paylaşılacağını bildirdi. 1 milyon 195 bin dolara karşılık gelen ödül, moleküllerin ayna görüntüsü biçimleriyle yaşam kimyası arasındaki bağı yeniden merkeze aldı.

Kiralite ödülün merkezinde

Ödül gerekçesinin temelinde kiralite bulunuyor: Bazı moleküller, sağ ve sol el gibi birbirinin ayna görüntüsü olan iki biçimde ortaya çıkabiliyor. Enantiyomer adı verilen bu biçimlerin normal bir kimyasal tepkimede yaklaşık eşit miktarda oluşması bekleniyor.

Canlı sistemler ise bu iki biçimi eşit kullanmıyor. Proteinlerin yapıtaşları olan amino asitlerin neredeyse tamamında iki olası biçimden yalnızca biri görülürken, DNA’daki şekerlerde de benzer bir moleküler tercih bulunuyor.

Bu ayrım ilaç üretiminde doğrudan sonuç doğurabiliyor. Bir ilacın ayna görüntüsü biçimlerinden biri tedavi edici etki gösterebilirken, diğeri daha zayıf kalabiliyor veya istenmeyen sonuçlara yol açabiliyor.

Talidomid vakası bu riskin en bilinen örneklerinden biri olarak anılıyor. 1960’ların başındaki skandalda, ilacın moleküler biçimlerinden biri ciddi doğum kusurlarıyla ilişkilendirildi ve ilaç üretiminde doğru biçimin saf halde elde edilmesi daha kritik hale geldi.

Kagan doğrusal varsayımı kırdı

Henri B. Kagan, 1986’da asimetrik organik sentez araştırmalarında temel bir varsayımı sorguladı. O dönemde kimyagerler, katalizördeki sağ ve sol biçimlerin oranı ile ortaya çıkan ürünün oranı arasında doğrusal bir bağ bulunduğunu düşünüyordu.

Kagan, katalizörün tepkime sırasında birden fazla molekülle etkileşebileceğini dikkate alan deneylerle bu ilişkinin her zaman düz çizgide ilerlemediğini gösterdi. Katalizördeki küçük bir moleküler üstünlük, üründe çok daha büyük bir üstünlüğe dönüşebiliyordu.

Doğrusal olmayan etki olarak adlandırılan bu bulgu, kimyagerlere belirli bir moleküler biçimi daha yüksek saflıkta üretmek için yeni bir yol sundu. Aynı çalışma, canlılığın neden belirli moleküler biçimleri tercih ettiğini açıklamaya çalışan teorik zincirin de bir halkası oldu.

Soai farkı çoğalttı

Kenso Soai, Kagan’ın açtığı çizgiyi otokataliz kavramı üzerinden ileri taşıdı. Otokatalizde tepkime sonucunda oluşan madde, aynı tepkimenin sürmesine yardım ederek kendi üretimini artırıyor.

Soai, 1995’te başlangıçta iki ayna görüntüsünden birinin yalnızca yüzde 2 daha fazla olduğu bir tepkimede bu farkın yüzde 87’lik üstünlüğe çıkabildiğini gösterdi. Bu sonuç, küçük bir başlangıç farkının kimyasal sistem içinde büyütülebileceğini ortaya koydu.

2003’teki deney daha ileri bir eşik sundu. Başlangıçta rastlantısal olarak hangi moleküler biçim biraz daha fazla oluşursa, tepkimenin sonunda o biçim baskın hale geliyor ve ürün oranı %99,99’a kadar çıkabiliyordu.

Soai tepkimesi yapay bir sistem olarak tanımlanıyor ve doğadaki yaşam kimyasıyla birebir aynı kabul edilmiyor. Buna rağmen deney, yaşamın başlangıcındaki moleküler asimetrinin nasıl ortaya çıkmış olabileceğine dair araştırmalar için güçlü bir model sağladı.

İlaç ve malzeme hattı

Kagan ve Soai’nin çalışmaları, yalnızca yaşamın kökenine ilişkin temel bir bilim sorusuyla sınırlı değil. Kaynakta sayılan uygulama alanları arasında ilaçlar, koku ve aroma maddeleri, tarım kimyasalları ve bazı yeni malzemeler bulunuyor.

Bu alanlarda ortak mesele, istenen moleküler biçimin mümkün olduğunca saf biçimde üretilebilmesi. Kagan’ın bulguları tepkime mekanizmalarının anlaşılmasına katkı verirken, Soai’nin sistemi küçük asimetrilerin kendi kendini güçlendirebildiğini deneysel olarak gösterdi.

Önümüzdeki bilimsel ayrım, bu modellerin doğal koşulları ne ölçüde açıklayabildiğiyle ilgili olacak. Eğer bu mekanizmalar yaşamın erken kimyasına daha yakın sistemlerde gösterilirse, amino asitler ve şekerlerdeki tek taraflılığın açıklaması güçlenir; deneyler yapay sistemlerle sınırlı kalırsa, etki daha çok sentez kimyası ve laboratuvar yöntemleri üzerinden ilerler.

Kagan 1930’da Fransa’da doğdu ve kariyerinin büyük bölümünü Université Paris-Sud’da sürdürdü. Soai 1950’de Japonya’nın Hiroşima kentinde doğdu ve Tokyo University of Science’da görev yaptı; ödül, iki araştırmacının kimyadaki moleküler yön seçimi sorununa yaptığı katkıyı birlikte tanıyor.