Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii 2026 otrzymali naukowcy Henri Kagan i Kenso Soai. Komitet nagrodził ich za rozwiązanie zagadki asymetrycznych cząsteczek będących lustrzanym odbiciem. Ich praca przełoży się m.in. na nowe leki i materiały.
Wyglądają niemal identycznie, mają te same atomy i wiązania, a mimo to mogą działać zupełnie inaczej. Henri B. Kagan i Kenso Soai dostali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2026 r. za badania, które pomogły chemikom kontrolować to, którą wersję cząsteczki otrzymają podczas reakcji.
Żeby zrozumieć tegorocznego Nobla, trzeba wyobrazić sobie własne dłonie. Lewa i prawa dłoń są swoimi lustrzanymi odbiciami, ale gdy je na siebie przesuniemy, nie będą pasować. W chemii istnieją cząsteczki zachowujące się dokładnie w taki sposób.
Taką adekwatność nazywamy chiralnością. Dwie lustrzane wersje cząsteczki mają dokładnie ten sam skład chemiczny, ale inną przestrzenną organizację atomów. Dobrym przykładem są cząsteczki aminokwasów, podstawowe elementy białek. Aminokwasy występują w dwóch formach, które są swoimi lustrzanymi odbiciami, a jednak organizmy żywe na Ziemi funkcjonują tylko w jednej z tych form. Wiele związków niezbędnych do życia występuje w dwóch lustrzanych formach. Tymczasem organizmy żywe niemal zawsze preferują jedną z nich. To zjawisko określa się mianem homochiralności.
Henri Kagan i Kenso SoaiOrganizm również zbudowany jest z przestrzennie uporządkowanych cząsteczek, dlatego enzym może pasować do jednej wersji związku, podczas gdy jego lustrzane odbicie będzie działało znacznie słabiej, w ogóle nie zadziała albo wywoła zupełnie inny efekt. Co więcej, choć natura niemal tworzy wyłącznie wersję niezbędną do funkcjonowania to reakcje chemiczne w laboratorium zwykle wytwarzają mieszankę 50/50 cząsteczek lewoskrętnych i prawoskrętnych.
Badania Kagana i Soaia pomagają odpowiedzieć na pytania, które chemików nurtowało przez ponad 100 lat – dlaczego natura wybiera tylko jedną z dwóch możliwych wersji tej samej cząsteczki? I jak można osiągnąć podobny efekt w laboratorium?
Wszystko zaczęło się od Pasteura
Historia tej zagadki sięga XIX wieku i Louisa Pasteura. Francuski uczony badał kwas winowy, związek dobrze znany między innymi z procesów związanych z produkcją wina. Pasteur zauważył coś niezwykłego. Kwas winowy występował w dwóch formach, które były swoimi lustrzanymi odbiciami. Co ciekawsze, mikroorganizmy wykorzystywane w fermentacji potrafiły przetwarzać jedną z nich, podczas gdy druga pozostawała nietknięta.
Był to jeden z ważnych dowodów na to, iż identyczny skład chemiczny nie oznacza identycznego zachowania substancji. Przestrzenne ułożenie atomów może mieć fundamentalne znaczenie.
Od tego momentu chemicy wiedzieli już, iż mają do rozwiązania zagadkę. Przez dziesięciolecia nie potrafili w prosty i kontrolowany sposób powiedzieć reakcji chemicznej – wyprodukuj przede wszystkim tę jedną, konkretną wersję cząsteczki.
Kagan pokazał, iż można przechylić szalę
Właśnie tutaj pojawia się Henri B. Kagan, dziś 95-letni francuski chemik związany z Université Paris-Sud. Jego badania pokazały, iż asymetria reakcji chemicznej może być znacznie większa, niż wcześniej sądzono. Kagan badał tak zwane nieliniowe efekty w syntezie asymetrycznej. Bardzo niewielka różnica w sposobie prowadzenia reakcji nie musi prowadzić do równie niewielkiej różnicy w jej wyniku. Może zostać znacząco wzmocniona.
To niezwykle ważne dla chemików zajmujących się syntezą organiczną. jeżeli chcemy wyprodukować lek, nie wystarczy wiedzieć, z jakich atomów ma się składać jego cząsteczka. Trzeba czasami jeszcze umieć kontrolować dokładne ułożenie tych atomów w przestrzeni.
Kagan pokazał więc chemikom nowe możliwości sterowania reakcjami. Jego prace stały się jednym z fundamentów nowoczesnej syntezy asymetrycznej, czyli metod pozwalających otrzymywać preferencyjnie jedną z dwóch lustrzanych form związku.
Soai poszedł jeszcze dalej
Drugim tegorocznym laureatem jest 76-letni japoński chemik Kenso Soai z Tokyo University of Science. Jego badania doprowadziły tę historię do jeszcze bardziej niezwykłego punktu. Soai odkrył reakcję, w której produkt może pomagać w tworzeniu kolejnych cząsteczek tego samego typu. To przykład autokatalizy. Kiedy w reakcji pojawi się niewielka przewaga jednej z lustrzanych form, mechanizm może tę przewagę wzmacniać.
To jak kula śniegu staczającą się ze zbocza. Na początku jest niewielka i różnica może wydawać się nieistotna. Jednak w odpowiednich warunkach każdy kolejny etap zwiększa przewagę, aż początkowo mała asymetria staje się ogromna.
W 1995 r. Soai zaprezentował reakcję, która potrafiła w ten sposób wzmacniać chiralność. Późniejsze eksperymenty doprowadziły do jeszcze bardziej spektakularnych rezultatów. W 2003 r. udało się uzyskać reakcję prowadzącą praktycznie wyłącznie do jednej z dwóch możliwych form.
Komitet Noblowski określił reakcję Soaia jako jedno z najbardziej niezwykłych doświadczeń chemicznych, ponieważ wcześniej podobny poziom kontroli nad wyborem jednej z lustrzanych form był czymś kojarzonym przede wszystkim z procesami zachodzącymi w naturze.
Leki, zapachy i nowe materiały
Tutaj chemia przestaje być abstrakcyjną nauką o cząsteczkach, a zaczyna bezpośrednio dotyczyć naszego zdrowia. Wyobraźmy sobie substancję leczniczą, która istnieje w dwóch lustrzanych wersjach. Jedna może działać zgodnie z oczekiwaniami, ponieważ idealnie pasuje do określonego białka w organizmie. Druga, choć zbudowana z dokładnie tych samych atomów, może oddziaływać inaczej.
To właśnie dlatego przemysł farmaceutyczny potrzebuje metod pozwalających produkować wybraną cząsteczkę. Badania Kagana i Soaia dostarczyły chemikom narzędzi do lepszego kontrolowania takich procesów.
Odkrycia tegorocznych noblistów nie mają znaczenia wyłącznie dla przemysłu farmaceutycznego. Kontrola chiralności jest ważna również podczas produkcji substancji zapachowych i smakowych.
Różne wersje przestrzenne tej samej cząsteczki mogą być inaczej odbierane przez nasze receptory. W efekcie jedna może odpowiadać za określony aromat, podczas gdy druga będzie pachnieć inaczej albo będzie praktycznie niewyczuwalna.
Podobne zasady można wykorzystać przy projektowaniu nowych materiałów i kolejnych generacji związków organicznych. W każdym przypadku chodzi o to samo: chemik chce nie tylko stworzyć konkretną cząsteczkę, ale także mieć kontrolę nad jej trójwymiarowym kształtem.
