جایزهٔ نوبل شیمی ۲۰۲۶؛ از مولکول‌های آینه‌ای تا راز ناهمسانی در جهان زیست‌مولکول‌ها و دستاوردهای آن در علوم پزشکی و صنعت داروسازی

به قلم پروفسور علیرضا رنجبر
بن، آلمان


در هفتم اکتبر ۲۰۲۶، آکادمی سلطنتی علوم سوئد جایزهٔ نوبل شیمی را به آنری ب. کاگان (Henri B. Kagan) از فرانسه و کنسو سوآی (Kensō Soai) از ژاپن، به پاس «کشف اثرهای غیرخطی و خودکاتالیزی در ساخت آلی نامتقارن» (Non-linear Effects and Autocatalysis in Asymmetric Organic Synthesis) ارزانی داشت؛ دستاوردی بنیادین که افق‌های تازه‌ای در شناخت دست‌سانی مولکولی، چگونگی پیدایش و گسترش ناهمسانی در واکنش‌های شیمیایی و جایگاه آن در جهان زیست‌مولکول‌ها گشوده است.
برخی مولکول‌ها از دو آرایش فضایی برخوردارند که تصویر آینه‌ای یکدیگرند، اما همانند دست راست و چپ، هرگز به‌طور کامل بر یکدیگر منطبق نمی‌شوند. این ویژگی را دست‌سانی مولکولی (Molecular Chirality) و دو ساختار آینه‌ای را Enantiomers می‌نامند.
این ویژگی در جهان زیستی از جایگاهی بنیادین برخوردار است؛ زیرا اسیدهای آمینهٔ دست‌سانِ سازندهٔ پروتئین‌ها عمدتاً دارای پیکربندی L هستند، درحالی‌که قندهای سازندهٔ ساختار DNA و RNA به خانوادهٔ D تعلق دارند. این گرایش چشمگیر طبیعت به بهره‌گیری از یکی از دو آرایش آینه‌ای، هم‌دست‌سانی زیستی (Biological Homochirality) نامیده می‌شود؛ هرچند مولکول‌هایی با دست‌سانی مخالف نیز در طبیعت یافت می‌شوند.
یکی از پرسش‌های دیرپای دانش شیمی و زیست‌شناسی آن بوده است که چگونه چنین گزینش‌گری شگفت‌انگیزی می‌تواند از شرایط آغازینی پدید آمده باشد که در آنها هیچ‌یک از دو آرایش آینه‌ای برتری چشمگیری نداشته‌اند.
کاگان در پژوهش‌های دههٔ ۱۹۸۰ نشان داد که در برخی واکنش‌های ساخت نامتقارن، پیوند میان میزان برتری یکی از آرایش‌های آینه‌ای در کاتالیزگر و فرآورده، الزاماً خطی نیست. بدین معنا که برتری اندک یکی از Enantiomers در کاتالیزگر می‌تواند به برتری بسیار چشمگیرتری در فرآورده بینجامد. این پدیده که Non-linear Effect نام گرفت، آشکار ساخت که برخی سامانه‌های شیمیایی توانایی تقویت ناهمسانی مولکولی را دارند.
سوآی در پژوهش‌های خود، به‌ویژه در سال ۱۹۹۵، نشان داد که در فرایند خودکاتالیزی نامتقارن (Asymmetric Autocatalysis)، فرآوردهٔ دست‌سان می‌تواند خود نقش کاتالیزگر را بر عهده گیرد و پیدایش بیشتر همان آرایش مولکولی را شتاب بخشد. پژوهش‌های پسین گروه او نیز آشکار ساختند که حتی ناهمسانی‌های آغازین بسیار ناچیز و، در شرایط ویژه، نوسان‌های تصادفی می‌توانند در چرخه‌های خودتقویت‌شونده گسترش یابند و فرآورده‌هایی با خلوص دست‌سانی بسیار بالا پدید آورند.
ارزش این یافته‌ها به قلمرو شیمی بنیادی محدود نمی‌شود، بلکه در پزشکی و داروسازی نیز از اهمیتی ویژه برخوردار است. دو Enantiomer یک ترکیب دارویی ممکن است از دیدگاه چگونگی پیوند با گیرنده‌های زیستی، اثرهای دارویی (Pharmacodynamics)، جذب، پخش، دگرگونی و دفع در بدن (Pharmacokinetics) و همچنین ویژگی‌های سمی (Toxicity)، تفاوت‌های چشمگیری داشته باشند؛ هرچند چنین تفاوت‌هایی در همهٔ داروهای دست‌سان به یک اندازه دیده نمی‌شوند.
ازاین‌رو، شناخت و مهار دست‌سانی مولکولی در طراحی، ارزیابی و ساخت داروهای گزینش‌پذیر، نقشی ارزشمند در افزایش کارایی درمان و کاهش پیامدهای ناخواستهٔ دارویی دارد. بااین‌همه، باید میان ارزش بنیادین این کشفیات و کاربرد بی‌واسطهٔ صنعتی آنها تمایز نهاد؛ زیرا ساخت بسیاری از داروهای دست‌سان بر شیوه‌های گوناگون سنتز نامتقارن استوار است و لزوماً از واکنش خودکاتالیزی سوآی بهره نمی‌گیرد.
از چشم‌انداز خاستگاه زندگی (Origin of Life)، این پژوهش‌ها دریچه‌ای تازه به یکی از ژرف‌ترین پرسش‌های دانش گشوده‌اند: چگونه از جهانی که در آن دو آرایش آینه‌ای می‌توانسته‌اند به نسبت‌های نزدیک به یکدیگر وجود داشته باشند، سامانه‌های زیستی با چنین گزینش‌گری مولکولی پدید آمده‌اند؟
یافته‌های کاگان و سوآی نشان می‌دهند که ناهمسانی مولکولی می‌تواند در شرایط مناسب، از رهگذر فرایندهای شیمیایی غیرخطی و خودتقویت‌شونده، به‌گونه‌ای چشمگیر افزایش یابد. بااین‌حال، بازآفرینی چنین سازوکاری در آزمایشگاه به معنای اثبات نقش آن در پیدایش Biological Homochirality در زمین آغازین نیست. چگونگی پیدایش این ویژگی همچنان از پرسش‌های گشوده و بنیادین در شیمی پیشازیستی (Prebiotic Chemistry) به شمار می‌رود.
در فرجام، جایزهٔ نوبل شیمی ۲۰۲۶ به دستاوردی تعلق گرفته است که نشان می‌دهد چگونه تفاوتی بسیار ناچیز میان دو ساختار آینه‌ای می‌تواند، در بستری شیمیایی و برخوردار از سازوکارهای مناسب، به ناهمسانی چشمگیری بینجامد.

( ادامه مطلب در پست بعدی)


بنیاد مکتب پروفسور یلدا:
@ipyaf