Útskýrt: Einföld hugmynd sem hvatti leikbreytandi viðbrögð

Einfalda hugmyndin sem List og MacMillan komu með, unnu sjálfstætt, var að leita að nýjum hvötum, efnum sem notuð eru til að flýta fyrir efnahvörfum, þegar flestir töldu að þeir væru fastir í núverandi, nokkuð óhagkvæmu, mengi.

Verðlaunahafar 2021 Benjamin List (til vinstri) og David Macmillan. (vef Nóbelsverðlauna)

Einfaldar hugmyndir eru oft erfiðastar að ímynda sér, sagði Nóbelsverðlaunanefndin þegar hún heiðraði Benjamin List og David MacMillan með efnafræðinóbelnum í ár.

Einfalda hugmyndin sem List og MacMillan komu með, unnu sjálfstætt, var að leita að nýjum hvötum, efnum sem notuð eru til að flýta fyrir efnahvörfum, þegar flestir töldu að þeir væru fastir í núverandi, nokkuð óhagkvæmu, mengi.

Nýju hvatarnir, fengnir úr náttúrulegum efnum, voru grænni og ódýrari og tryggðu að lokaafurð efnahvarfanna væri af ákveðinni tegund - og þyrfti ekki að fara í gegnum hreinsunarferli til að fá þá tegund efnasambands sem óskað er eftir.

Uppgötvunin sem hlaut Nóbelsverðlaunin í efnafræði 2021 hefur fært sameindabyggingu á alveg nýtt stig, sagði Nóbelsnefndin. Notkun þess felur í sér rannsóknir á nýjum lyfjum og það hefur einnig hjálpað til við að gera efnafræði grænni.

Hvatar

Þegar tvö eða fleiri efnasambönd bregðast við og mynda ný efnasambönd er ferlið oft aðstoðað af öðrum efnum sem breytast ekki sjálf, en hjálpa til við að flýta fyrir efnahvarfinu. Þessir hvatar hafa verið þekktir að minnsta kosti síðan um miðja 19. öld og eru notuð í nánast öllum efnaferlum þessa dagana.

Fram til um 2000 var aðeins vitað um tvenns konar efni sem virka sem áhrifaríkar hvatar: málmar, aðallega þyngri málmar; og ensím, náttúrulega þungar sameindir sem auðvelda alla lífefnafræðilega ferla sem styðja líf. Bæði þessi sett af hvata höfðu takmarkanir.

Þyngri málmar eru dýrir, erfiðir í vinnslu og eitraðir fyrir menn og umhverfi. Þrátt fyrir bestu ferlana voru ummerki eftir í lokaafurðinni; þetta olli vandamálum í aðstæðum þar sem þörf var á efnasamböndum af mjög miklum hreinleika, eins og við framleiðslu lyfja. Einnig kröfðust málmar vatns- og súrefnislaust umhverfi, sem erfitt var að tryggja á iðnaðarmælikvarða.

Ensím virka aftur á móti best þegar vatn er notað sem miðill fyrir efnahvarfið. En það er ekki umhverfi sem hentar fyrir alls kyns efnahvörf.

Lífræn hvata

List og MacMillan, báðir 53 ára, byrjuðu að gera tilraunir með einföld lífræn efnasambönd. Lífræn efnasambönd eru að mestu leyti náttúruleg efni, byggð í kringum ramma kolefnisatóma og innihalda venjulega vetni, súrefni, köfnunarefni, brennisteinn eða fosfór. Lífræn efni eins og prótein, sem eru langar keðjur amínósýra (kolefnissambönd sem innihalda köfnunarefni og súrefni) eru lífræn. Ensím eru líka prótein og þar af leiðandi lífræn efnasambönd.

List og MacMillan vissu af fyrri rannsóknum frá 1970, þar sem amínósýra sem kallast prólín var notuð sem hvati í sumum sérstökum viðbrögðum. En hlutverk þess var ekki kannað til hlítar. Þeir byrjuðu að vinna með einstakar amínósýrur í ensímum - og slógu gull.

Ósamhverf hvata

Einstakar amínósýrur höfðu aukinn kost: þær tryggðu að aðeins ein tegund af lokaafurðinni fengist í hvarfinu.

Efni geta haft nákvæmlega sömu efnasamsetningu og sameindaformúlu; samt eru mjög mismunandi í eiginleikum þeirra. Þeir eru þekktir sem ísómerar. Ein tegund af hverfum eru þær sem eru mismunandi í því hvernig einstök atóm eru stillt í þrívíddarrými. Tvær sameindir gætu verið nákvæmlega eins, nema að þær eru spegilmyndir hvor af annarri, eins og hendur okkar. Til einföldunar vísa vísindamenn oft til þessara sameinda sem örvhentar eða rétthentar. Þessi einfaldi munur getur stundum haft gríðarlegar afleiðingar því hann gerir sameindunum kleift að bindast á mismunandi stöðum þegar þær hafa samskipti við aðrar sameindir.

Lokaafurðin í efnahvörfum er venjulega blanda af örvhentum og rétthentum sameindum. Eðlileg efnahvörf sem framkvæmd eru á rannsóknarstofum eru ekki sértæk í þessu sambandi. En náttúran er það. Vegna þess að spegilmyndirnar geta haft mjög mismunandi eiginleika eru náttúrulegir ferlar mjög sértækir og nákvæmir. Þeir framleiða annað hvort örvhenta eða rétthenta sameind.

List og MacMillan komust að því að með því að nota náttúrulegt efnasamband eins og amínósýru sem hvata, fengu þeir aðeins eina sérstaka spegilmynd af lokaafurðinni. Þetta var síðar nefnt ósamhverf hvata.

List og MacMillan komu með algjöran leikbreytingu. Svið lífrænna hvata, nafn sem MacMillan notaði síðar til að lýsa þessum nýju settum hvata, hefur sprungið á síðustu tveimur áratugum. Þeir uppgötvuðu einfalt, snjallt tæki en áhrif þess hafa verið gríðarleg, aðallega í lyfjaiðnaðinum, en einnig á nokkrum öðrum stöðum, sagði prófessor RG Bhat frá Indian Institute of Science Education and Research í Pune, sem vinnur sjálfur með lífræna hvata. .

Dr S Chandrashekhar, forstöðumaður Indian Institute of Chemical Technology, sem byggir í Hyderabad, sagði að stóra þýðing verksins væri að hún gerði ferlana mun öruggari og sjálfbærari en áður.

Það gleður mig líka að geta þess að Nóbelsnefndin valdi bylting í hreinni efnafræði að þessu sinni. Áður fyrr hefur efnafræðinóbelinn oft viðurkennt verk sem tilheyrðu í raun og veru á sviði líffræði, sagði hann.

Fréttabréf| Smelltu til að fá bestu útskýringar dagsins í pósthólfið þitt

Deildu Með Vinum Þínum: