7 октября 2026 года Шведская королевская академия наук присудила Нобелевскую премию по химии французу Анри Кагану и японцу Кэнсо Соаи. Формулировка звучит так: «за открытие нелинейных эффектов и автокатализа в асимметрическом органическом синтезе». За этими сложными словами стоит простой и очень старый вопрос. Почему в живых организмах из двух зеркальных вариантов молекул почти всегда используется только один?
Молекулы, как перчатки
Посмотрите на свои ладони. Левая и правая рука устроены одинаково, но совместить их нельзя: левая перчатка не налезет на правую руку. Многие молекулы устроены так же. Они существуют в двух вариантах, которые являются зеркальными отражениями друг друга. Химики называют такие молекулы хиральными, от греческого слова «рука».
Зеркальные двойники состоят из одних и тех же атомов, но в живом организме ведут себя по-разному. Так, у карвона один вариант пахнет мятой, а другой тмином. Нос различает их потому, что его рецепторы тоже хиральны: «правая» молекула подходит к ним иначе, чем «левая». С лекарствами то же самое. Часто лечебным действием обладает только один из двойников, а второй бесполезен или даже вреден.
Жизнь на Земле делает выбор жёстко. Белки собраны почти только из «левых» аминокислот, а ДНК и РНК содержат «правые» сахара. Ещё Луи Пастер в середине XIX века показал, что винная кислота бывает двух зеркальных видов, а бактерии при брожении используют только один из них. Откуда взялась такая избирательность, ведь в обычной химической реакции оба варианта получаются поровну, — до сих пор одна из больших загадок науки.
Открытие Кагана: катализатор может «усиливать» чистоту
Чтобы получить нужный вариант молекулы, химики используют хиральные катализаторы. Это вещества, которые ускоряют реакцию и подталкивают её в сторону «левого» или «правого» продукта. За такие катализаторы уже вручали Нобелевские премии в 2001 и 2021 годах.
Долго считалось, что катализатор передаёт свою «рукость» продукту пропорционально. Если в катализаторе есть небольшая примесь зеркального двойника, то и продукт получится настолько же менее чистым. Анри Каган, родившийся в 1930 году и много лет работавший в Университете Париж-Юг, усомнился в этом.
Он рассуждал так. Атом металла в катализаторе часто связывает сразу две хиральные молекулы. Из «левых» и «правых» молекул тогда могут собраться три вида катализатора: «левый-левый», «правый-правый» и смешанный «левый-правый». Если смешанный вариант работает гораздо медленнее, он фактически выбывает из игры и при этом забирает с собой часть примеси. В результате продукт может оказаться чище, чем исходный катализатор. В 1986 году Каган описал три реакции, в которых зависимость действительно оказалась не прямой линией, а кривой. Это явление назвали нелинейным эффектом.
Открытие Соаи: молекула, которая делает свои копии
Кэнсо Соаи родился в 1950 году в Хиросиме и работает в Токийском университете науки. Он пошёл ещё дальше. В начале 1990-х он стал искать реакцию, в которой продукт сам служит катализатором собственного образования. Такое явление называют автокатализом.
В 1995 году Соаи сообщил, что нашёл такое вещество, хиральный спирт из класса пиримидилалканолов. Каждая его молекула помогает рождаться новым молекулам того же вида и той же «рукости». Небольшой исходный перевес одного варианта при этом быстро растёт. В первых опытах доля «лишних» молекул одной формы увеличилась примерно с 2 до 87 процентов. Позже, в 2003 году, Соаи добился того, что в продукте оставалось больше 99 процентов молекул одного вида. Такую реакцию теперь называют реакцией Соаи.
Самое поразительное в ней то, что победителя иногда определяет случай. Если начать почти с равной смеси, то какой из двух вариантов в итоге возьмёт верх, решают случайные колебания в самом начале. Затем автокатализ раздувает крошечное преимущество до почти полной победы.
Ключ к загадке жизни
Ещё в 1953 году британский физик Чарльз Франк предложил теоретическую схему того, как в природе мог появиться перекос в пользу одного зеркального варианта. Для этого нужны асимметричные реакции, усиление одного варианта и автокатализ. Работы Кагана и Соаи показали, что такие механизмы реально существуют в химии и что их можно наблюдать в колбе.
«Премия этого года посвящена фундаментальной химии», — сказал председатель Нобелевского комитета по химии Хайнер Линке.
Реакция Соаи не означает, что загадка происхождения жизни решена. Она показывает возможный путь: если на древней Земле был хотя бы крошечный случайный перевес «левых» или «правых» молекул, химия могла сама превратить его в почти полную однородность. А нелинейные эффекты, открытые Каганом, уже давно помогают химикам получать чистые лекарства и другие вещества, где важна правильная «рукость» молекулы.
Лауреаты разделят 12 миллионов шведских крон. Медали им вручат 10 декабря в Стокгольме.
Источники
Наука ближе, когда обсуждаем вместе.
Новые материалы, вопросы и подборки — в нашем Telegram.
