Нетолерантные молекулы: Химическая демократия
Исследование, проведенное под руководством Расмиты Раваль (Rasmita Raval) было посвящено хиральным изомерам — «зеркальной» симметрии, свойственным некоторым молекулам. Как правая и левая руки во всем идентичны, только зеркально отображены друг относительно друга, так же симметричны и такие молекулы. Они довольно распространены — хиральность свойственна ДНК и сахарам, а также аминокислотам, из которых состоят белки всех живых организмов.
Загадка состоит в том, что если при химическом синтезе в равной пропорции появляются «левые» и «правые» изомеры, то все живые системы построены на основе лишь одних только «левых». Объяснить эту тайну жизни однозначно пока что не удается, хотя и выдвигается масса самых интересных и дерзких гипотез — об одной из них мы рассказывали в заметке «Несимметричная жизнь».
Итак, ученые исследовали поведение смеси хиральных изомеров — а точнее говоря, процесс формирования надмолекулярных структур, объединяющих большое количество молекул в упорядоченные образования (примерно как молекулы воды объединяются в снежинку). Известно, что хиральные изомеры демонстрируют полное отсутствие толерантности и образуют надмолекулярные структуры независимо друг от друга: «левые» группируются с «левыми», а «правые» — с «правыми».
Группа Расмиты Раваль показала, что если на поверхности присутствует равное количество тех и других изомеров, они образуют раздельно каждый свою надмолекулярную группу. Но даже самый небольшой дисбаланс в пользу того или другого оказывает самый драматический эффект. Изомеры демонстрируют настоящую ксенофобию: образовавшаяся в смеси структура из изомеров «большинства» препятствует образованию своей зеркальной «соперницы». Изомеры, которых оказалось даже немногим меньше, неспособны организоваться в упорядоченное образование.
Профессор Раваль комментирует: «Мы были очень удивлены таким результатом. Даже простая логика говорит о том, что левые и правые изомеры должны просто создавать собственные независимые структуры, размеры которых пропорциональны относительному содержанию этих изомеров в смеси.
Вместо того у нас проявляется настоящая молекулярная диктатура большинства, простая мажоритарная избирательная система: большинство диктует правила даже при незначительном перевесе, а меньшинство остается за бортом». Так, имея раствор из почти равного количества изомеров, мы можем прийти к структурам, образованным исключительно одним из них — причем, победитель получает всё, а побежденный так и остается разупорядоченным.
Возможно, эта работа британских ученых станет первым шагом к окончательному объяснению одной из самых интригующих загадок химии жизни на Земле — ее «левосторонности». Да и для практических применений она имеет большую ценность, ведь, скажем, фармацевтам известно, что некоторые вещества в «левой» форме могут оказывать полезные воздействия, а в «правой» — совсем наоборот.
По пресс-релизу University of Liverpool