Nobel-díjas kesztyűk

Miért lehet halálos egy egyébként fontos gyógyszer tükörképe? Nobel-díj a megfejtőnek!

A biomolekulák egy része saját tükörképével nem hozható fedésbe, a jobb és a bal kézhez hasonlóan. A szervezetben az egyik forma kitüntetett, a másik halálos is lehet. Két amerikai (William S. Knowles, K. Barry Sharpless) és egy japán (Ryoji Noyori) kutató felfedezései tették lehetővé, hogy a gyógyszereket a megfelelő formában lehessen gyártani.

A 2001-es kémia Nobel-díjat két amerikai és egy japán kutató kapta. William S. Knowles, K. Barry Sharpless és Ryoji Noyori a biomolekulák aszimmetrikus szintézisét biztosító katalitikus reakciók kifejlesztéséért érdemelte ki az elismerést.

A Nobel-díjjal jutalmazott eredmény jelentőségének megértéséhez elsőként röviden meg kell ismerkednünk az ún. kiralitás jelenségével. Ehhez Markó László: Miért "balkezesek" a fehérjéket felépítő aminosavak? c. cikkéből idézünk részleteket, amely a Természet Világa c. folyóirat 1999. januári számában jelent meg (az "Ajánlat"-ban található linkkel a teljes cikk elérhető).

"A királis, kiralitás szavak a görög cheir szóból származnak, ami kezet jelent. Királisnak nevezzük azokat a testeket, térbeli szerkezeteket, amelyek saját tükörképükkel nem hozhatók fedésbe. Ilyen például a jobb és a bal kezünk, amelyek - és ez könnyen belátható - bár tükörképei egymásnak, de nem egyformák. Mindennapos tapasztalat, hogy a balkezes kesztyűnk nem illik a jobb kezünkre. A hétköznapi életben számos királis tárggyal találkozhatunk: pl.: a jobb- és balmenetes csavarok egymásnak tükörképei, és nagyon jól tudjuk, hogy a balmenetes anyát a jobbmenetes csavarra nem lehet ráhajtani.

A kiralitás a molekulák világában is ismert jelenség, így például az aminosavak és a cukrok is királis szerkezetűek. Ez azt jelenti, hogy ezeknek a molekuláknak az őket felépítő atomok térbeli elrendezése következményeként két, egymással fedésbe nem hozható tükörképi viszonyban álló formája létezik.

A 20 legfontosabb és egyben leggyakoribb aminosav mindegyike, továbbá a természetben még ezeken felül előforduló számos, ritkább aminosavak túlnyomó többsége azonos kiralitású. A természetes aminosavak tehát homokirálisak. Hasonló a helyzet a másik igen fontos királis biomolekulacsalád, a cukrok esetében.Sejtjeinkben tehát egy adott biomolekula-típus molekulái azonos kiralitásúak, azaz például az aminosavak balkezes, míg a cukrok többsége jobbkezes "kesztyűknek" felel meg. Ugyanakkor egy jobbkezes "aminosav-kesztyű", vagy egy balkezes "cukor-kesztyű" nagy csapást mérhet a sejtre, mivel ebben a formájukban ártalmasak lehetnek.

A gyógyszerek mesterséges módon előállított hatóanyagainak - amennyiben királisak, vagyis mindkét alakot felölthetik - alkalmazkodniuk kell a sejtben lévő kiralitás-viszonyokhoz. Nagy kihívás volt annak elérése, hogy az általunk előállított gyógyszermolekuláknak ne egy olyan elegyét hozzuk létre, amelyben mindkét kézre alkalmas "kesztyűk" vannak. Ehhez egy úgynevezett aszimmetrikus szintézist kellett megvalósítani, amelynek során a kezdeti vegyes elegy az egyik forma irányába tolódik el. A 2001-ben Nobel-díjjal jutalmazott három kutató volt az, aki ezt megvalósította. Olyan katalitikus hatású molekulákat fejlesztettek ki, amelyek egyik "kesztyűformát" a másikra tudja átalakítani. Felfedezésükkel vált lehetővé a gyógyszermolekulák kiralitás szempontjából biztonságos előállítása. A katalitikus molekula maga is királis, s aktivitására jellemző, hogy egyetlen példánya több millió molekula átformálására képes, mivel egy adott reakció végén leválik a késztermékről.

A díjazottak alapkutatásainak eredményeit ma rengeteg gyógyszeripari termék - antibiotikumok, gyulladásgátló-szerek, szívgyógyszerek stb. - előállítása során rutinszerűen alkalmazzák.