Когда правая рука не знает,
что делает левая

Руки наши разные. Отсюда левая перчатка не может быть правильно надета на правую руку, и наоборот. Понятие «хиральность» от греч. cheir – рука. Впервые экспериментально с хиральностью органических кристаллов столкнулся великий Луи Пастер (1822–1895), который по образованию был прежде всего химиком.
После Пастера хиральность стали называть и оптической изомерией, и энантиомерией. Суть этого уникального явления заключается в несовпадении молекулы и ее зеркального отражения при наложении. Хиральные молекулы к тому же оптически активны, поскольку растворы правых и левых энантиомеров поворачивают плоскость поляризованного света в ту или иную сторону.
Это явление, возможно, считалось бы химико-физической экзотикой, если бы мы сами не были «левозакрученными». Все живое является хиральным.
Все наши белки построены из левовращающих аминокислот, а сахара в тех же ДНК – правовращающие. Так что зарождение жизни сопряжено с селективностью в отношении именно «левых» аминокислот при построении белков, поскольку они стабильнее «правых». Известно, что происходит с белками, когда одна аминокислота заменяется на другую, что называют мутациями, обычно ведущими к весьма неблагоприятным последствиям.
Но как осуществилась избирательность в первичном «бульоне», возникшем в ходе химической эволюции? Этим вопросом занялись Л.Во и Д.Синглтон, опубликовавшие результаты своих опытов в периодическом издании Американского химического общества. В качестве исходной ахиральной среды они взяли изопропил цинка, к которому добавлялся 2-метилпиримидин-5-карбоксиальдегид. Продукт реакции служил катализатором в следующей порции реагентов.
Уже относительно давно известно, что в жидких кристаллах возможно самопроизвольное нарушение ахиральности смеси, причем хиральные продукты являются автокатализаторами такого процесса. То же справедливо и в отношении спиртов, многие из них способны влиять на процесс: так, добавление всего лишь 1% хирального спирта предопределяет состав всего продукта. Некоторые ученые считают, что процесс имеет экспоненциальный характер.
Во и Синглтон с этим не согласны. Они не увидели в своей системе экспоненциальности, что говорит о более простом механизме. От реакционного цикла к циклу количество хирального продукта у них не менялось.
Ученые считают, что в растворах всегда существуют хиральные примеси, возникшие довольно случайно. Для нарушения ахиральности достаточно присутствия лишь одной хиральной молекулы на миллиард! Вот насколько химические системы могут быть чувствительными. При этом не исключается автокатализ. К сожалению, подобные эффекты до сих пор довольно трудно наблюдать непосредственно. Отсюда и различная трактовка результатов, и нескончаемые споры.
Тем, что возможен автокатализ, затруднено и понимание биологической роли гомохиральности аминокислот: ведь жизнь развивается на нашей планете уже миллиарды лет, поэтому всегда есть некоторая вероятность возникновения хиральных продуктов. Идеальной же чистоты опытов достичь пока не удается.
Что привело к разрушению ахиральности первичного «бульона»? Само зарождение жизни или процессы субъядерной физики с ее различными нарушениями четности? Во и Синглтон считают, что все было гораздо проще: нарушение симметрии возникло спонтанно, т. е. случайно; жизнь же всего лишь «эксплуатирует» этот феномен, а влияние физических процессов тут ни при чем – уж очень мал эффект и короток радиус его действия.

Материал подготовил И.Э.Лалаянц
(Nature, 2002, № 6905, р. 346;
J. Am. Chem. Soc., 2002, v. 124, p. 10 010)