פרס נובל בכימיה 2026 יוענק לאנרי קגן ולקנסו סואי על פריצת דרך בחקר האסימטריה המולקולרית

פרסומת

ועדת פרס נובל הכריזה [1] כי פרס נובל בכימיה לשנת 2026 יוענק לאנרי קגן (Kagan) ולקנסו סואי (Soai), על מחקרים שנוגעים באחת התעלומות הגדולות של הכימיה ושל ראשית החיים: מדוע החיים על פני כדור הארץ בחרו דווקא ב"יד" אחת?

מולקולות רבות יכולות להופיע בשתי צורות שהן תמונות ראי זו של זו, ממש כמו יד ימין ויד שמאל. בכימיה קוראים לתופעה הזאת כיראליות [2,3]. בסביבה שאינה כיראלית, לשתי הצורות, הקרויות אננטיומרים, יש תכונות כימיות כמעט זהות. כאשר יוצרים מולקולה כיראלית מחומרים שאינם כיראליים, ובתגובה אין שום גורם שמעדיף את אחד הצדדים, בדרך כלל מקבלים את שתי הצורות באותן כמויות. אבל כאשר התגובה מתרחשת בסביבה שבה כבר יש חומרים כיראליים, יכולה להיווצר העדפה לאחת הצורות. חישבו על כפפות כדי להבין את הרעיון: כפפה ימנית ושמאלית דומות מאוד, אך רק אחת מהן תתאים היטב ליד ימין. 

דוגמאות לכיראליות -תמונת מראה ידיים ומולקולות נוצר באמצעות gemini

באופן מפתיע, בעולם החי ההבדל בין שתי "הידיים" המולקולריות נעשה מכריע. החלבונים שלנו בנויים כמעט רק מחומצות אמיניות מסוג תמונת ראי אחת, ואילו הסוכרים שב־DNA שייכים דווקא לצורה האחרת. נראה כאילו החיים בחרו רק כפפה אחת, והביוכימיה היא לרוב בעלת כיראליות זהה – הומוכיראלית.

הומוכיראליות אינה רק פרט מסקרן: האחידות הכיראלית של החומצות האמיניות והסוכרים חיונית למבנה ולתפקוד של חלבונים, אנזימים, DNA ו־RNA. בלי הבחירה העקבית הזאת ב"יד" אחת, צורות החיים המוכרות לנו לא היו יכולות להתקיים כפי שהן.

במשך שנים זו הייתה אחת התעלומות הגדולות בביוכימיה ובחקר ראשית החיים. כאמור, כאשר יוצרים במעבדה מולקולה כיראלית בלי שום גורם שמעדיף צד מסוים, מתקבלת בדרך כלל תערובת שווה של שתי צורות הראי, שנקראת תערובת רצמית. אם כך, בעולם הקדום, לפני שהיו תאים, אנזימים או DNA, איך נוצרה ההעדפה הכמעט מוחלטת של צד אחד? האם אירע משהו שהיטה מעט את הכף, ואז ההטיה הזעירה הזאת הלכה והתחזקה? השאלה הזאת מעסיקה את קהילת המדע מאז המאה ה־19.

כבר ב־1953 הציע הפיזיקאי צ'רלס פרנק פתרון תאורטי מבריק: די בכך שייווצר במקרה עודף זעיר של אחת מצורות הראי, אם קיימת תגובה שבה אותה צורה גם מעודדת את היצירה שלה עצמה, ובמקביל נחלשת יצירת הצורה המתחרה. זהו מעין "אפקט כדור שלג" מולקולרי: יתרון מקרי זעיר יכול להפוך עם הזמן לשליטה כמעט מוחלטת. אלא שבמשך עשרות שנים זו הייתה בעיקר אפשרות מתמטית, לא דבר שמישהו הצליח באמת לממש בכימיה.

כאן נכנסים לתמונה חתני הפרס. קגן הראה בשנות השמונים שבתגובות שבהן משתמשים בזרז (קטליזטור) כיראלי, הקשר בין מידת הכיראליות של הזרז ובין זו של התוצר אינו חייב להיות פשוט ולינארי. הבדל קטן בהרכב הזרז יכול ליצור הבדל גדול הרבה יותר בהרכב התוצרים. כך הוא הראה מנגנון ממשי שיכול להגביר אסימטרייה מולקולרית.

סואי הלך צעד נוסף ומדהים. הוא פיתח תגובה אוטוקטליטית, כלומר תגובה שבה התוצר עצמו משמש זרז ליצירת עוד מאותו תוצר, שבה המולקולה הכיראלית הנוצרת מסייעת לייצר עוד מאותה "יד". בתחילת התגובה נוצרות שתי צורות הראי, אבל די בעודף זעיר של אחת מהן כדי להעניק לה יתרון. היתרון הזה מתחזק מסבב לסבב, עד שאחת הצורות יכולה להגיע ל־99.99% מתערובת התוצרים. בניסויים מסוימים הצליחה המערכת להגביר אפילו עודף אננטיומרי זעיר ביותר עד לקבלת תוצר שכמעט כולו "יד" אחת.

חשוב להדגיש: תגובת סואי אינה שחזור של התהליך שהתרחש בראשית החיים, והיא אינה מוכיחה שזהו המנגנון שיצר את ההומוכיראליות הביולוגית. חשיבותה היא כהוכחת היתכנות: היא הראתה שכימיה לבדה יכולה לקחת הבדל זעיר בין שתי צורות ראי ולהגביר אותו עד שכמעט רק אחת מהן נותרת. למעשה, ועדת פרס נובל מציינת שהתגובה עצמה אינה מתאימה ישירות לכימיה המימית שבה מחפשים כיום את מקורות ההומוכיראליות של החיים.

הישגיהם של קגן וסואי מקרבים את המדע לתשובה אפשרית לשאלה עתיקה הרבה יותר: כיצד מתוך עולם כימי סימטרי, יכול להיוולד עולם חי שבחר צד, ומאז, במשך מיליארדי שנים, כמעט לא החליף אותו.

למחקרים האלה יש גם צד מעשי מאוד. בתרופות, בחומרי טעם וריח, בחומרי הדברה ובחומרים מתקדמים, לא פעם חשוב מאוד איזו מצורות הראי של המולקולה מייצרת התעשייה. בגוף החי אננטיומרים שונים עשויים לפעול אחרת זה מזה, משום שגם הקולטנים והאנזימים שלנו כיראליים. 

דוגמה בולטת לכך היא התרופה תלידומיד [4,5] שבשלהי שנות החמישים נרשמה לנשים הרות למניעת בחילות, וגרמה למומים מולדים קשים בעוברים שלהן. אחד האננטיומרים שלה הוא טרטוגני, כלומר גורם למומים בעובר, בשעה שהאננטיומר השני פחות בעייתי במידה ניכרת. אך במקרה של תלידומיד יש בעיה נוספת, והיא שהצורה הלא בעייתית לכאורה הופכת לצורה הטרטוגנית בתנאים ביולוגיים בגוף האדם. 

ההבנה של קגן את ה"אפקטים הלא־לינאריים" מאפשרת לכימאים להבין טוב יותר כיצד פועלים זרזים כיראליים ולתכנן תגובות שמייצרות בעיקר את הצורה הרצויה. עבודותיהם של קגן וסואי הן אפוא גם חלק מהיסודות שעליהם נשענת כיום הסינתזה האסימטרית המודרנית – היכולת לייצר באופן מבוקר מולקולות בעלות "יד" מסוימת.

וכמה מילים על הזוכים עצמם: אנרי קגן, יליד 1930, הוא כימאי צרפתי ופרופסור אמריטוס באוניברסיטת פריז־סוד, ומחלוצי הסינתזה האסימטרית. קנסו סואי, שנולד בהירושימה ב־1950, הוא פרופסור אמריטוס באוניברסיטת טוקיו למדע. תגובת סואי, שעליה עבד במשך שנים, מתוארת במסמך של ועדת נובל כאחד הניסויים הכימיים האלגנטיים ביותר שנעשו אי פעם – ניסוי שבו הכימיה עצמה מראה כיצד יתרון כמעט בלתי מורגש יכול להפוך לעולם שלם שבוחר צד אחד.

עריכה: גליה הלוי שדה

מקורות וקריאה נוספת

1. הכרזת ועדת פרס נובל על הזוכים בכימיה
2. חומצה טרטרית – מדע גדול בקטנה
3. פוסט עבר על כיראליות
4. על הכיראליות של תלידומיד
5. תלידומיד: ברכה וקללה בכדור אחד – מדע גדול בקטנה