W tym roku wiele spekulacji wskazywało, że Nagroda Nobla w dziedzinie chemii zostanie przyznana uczonym, dzięki którym powstały innowacyjne szczepionki RNA na COVID-19. Komitet noblowski podjął jednak inną decyzję.

Noblistami zostali Benjamin List z Niemiec i David McMillan z USA. Zostali uhonorowani za  asymetryczną katalizę organiczną, którą nazwano „genialnym narzędziem do budowania cząsteczek chemicznych”. Dzięki ich odkryciom chemicy dostali do ręki precyzyjniejsze narzędzia, a zarazem możliwy stał się dalszy rozwój tzw. zielonej chemii, przyjaznej dla środowiska naturalnego.

Katalizatory przyśpieszają przebieg reakcji chemicznych

Katalizator to substancja przyśpieszająca przebieg reakcji chemicznej, która sama nie bierze bezpośredniego udziału w tej reakcji i nie wchodzi w skład jej produktów. Powszechnie znane są katalizatory spalin używane w samochodach. Jednak w chemii kataliza ma o wiele szersze zastosowania i jest praktycznie niezbędna, by szybko i wydajnie prowadzić wiele reakcji chemicznych kluczowych dla przemysłu. W naszych komórkach również występuje wiele katalizatorów – są to enzymy.

Przez wiele dziesięcioleci chemicy byli przekonani, że istnieją tylko dwa typy katalizatorów – organiczne enzymy, takie jak te występujące w naszych komórkach oraz nieorganiczne metale, takie jak platyna z katalizatora spalin. Benjamin List i David McMillan w 2000 r. wykazali, że istnieje trzeci rodzaj katalizy – asymetryczna organokataliza, czyli asymetryczna kataliza organiczna.

Nowa metoda katalizy jest precyzyjna i ekologiczna

Asymetryczna organokataliza opiera się na niewielkich cząsteczkach organicznych związków chemicznych. Są one mniejsze od białkowych enzymów, co oznacza, że łatwo je produkować. Składają się głównie z węgla i wodoru, a także mniejszych ilości pierwiastków takich jak tlen, azot, siarka czy fosfor. Dlatego są łatwe do rozłożenia i nie szkodzą środowisku. Nie zawierają też drogich i trudno dostępnych metali, takich jak platyna.

– Ten pomysł był tak prosty, że potem dziwiono się, że nikt nie wpadł na to wcześniej – komentuje Johan Åqvist, przewodniczący komitetu noblowskiego w dziedzinie chemii.

Metoda opracowana przez Benjamina Lista i Davida McMillana ma jeszcze tę zaletę, że pozwala produkować konkretny typ cząsteczek. Wiele związków organicznych jest asymetycznych - występują w dwóch „lustrzanych” wersjach. Np. wszystkie organizmy żywe na Ziemi zawierają tylko jedną wersję podstawowych cegiełek: lewoskrętne aminokwasy i prawoskrętne cukry.

Asymetryczna organokataliza pozwala otrzymać tylko jeden rodzaj cząsteczek – np. tylko lewoskrętne aminokwasy – a nie mieszaninę dwóch rodzajów. Ma to ogromne znaczenie np. przy produkcji leków.

Obaj tegoroczni nobliści są dość młodzi – mają po 53 lata. Benjamin List jest dyrektorem niemieckiego Max-Planck-Institut für Kohlenforschung w Mülheim an der Ruhr. Amerykanin David W.C. MacMillan pracuje na prestiżowym Princeton University. Naukowcy podzielą między siebie nagrodę wynoszącą 10 mln koron szwedzkich (równowartość 4,52 mln zł).

Naukowcy: laureaci odkryli łatwiejszy sposób na naśladowanie natury

Werdykt komisji noblowskiej skomentował m.in. prof. dr hab. Sławomir Sęk z Zakładu Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Wydziału Chemii UW. – Historia tego odkrycia zaczyna się około 2000 roku. Obaj laureaci niezależnie rozwijali swoje badania nad katalizą enancjoselektywną, czyli taką, która umożliwia nam uzyskanie konkretnych enancjomerów. Co ciekawe, ta historia pokazuje nam, że czasami, podążając dwoma odrębnymi ścieżkami, spotykamy się w jednym punkcie, który okazuje się przełomem. Jest to stosunkowo świeże odkrycie, jak na odkrycie uhonorowane Nagrodą Nobla – mówi naukowiec.

– Wszystkie procesy zachodzące w naszym ciele oparte są o działanie białek, które wykonują pracę podobną do pracy cząsteczek, za które została przyznana Nagroda Nobla, czyli katalizują reakcje chemiczne. Jednak białka nie zawsze mogą wykonać tę funkcję, ponieważ „lubią” środowisko wodne,
a wiele ze związków organicznych nie jest w nim dobrze rozpuszczalnych i konieczne są rozpuszczalniki organiczne. Nie zawsze znane jest nam również białko potrafiące wykonać katalizę danej reakcji chemicznej. W związku z tym potrzebne są inne cząsteczki i metody – wyjaśnia dr Maria Górna z Zakładu Chemii Teoretycznej i Strukturalnej Wydziału Chemii UW.

– Na obu końcach tego odkrycia widzę powiązanie ze światem żywym. Synteza związków o pewnej chiralności, skrętności jest bardzo ważna dla przemysłu farmaceutycznego. Drugi aspekt to enzymy, które w naszym organizmie katalizują tego typu reakcje chemiczne. Są to olbrzymie cząsteczki, posiadające tysiące atomów. Laureaci odkryli łatwiejszy sposób na naśladowanie natury – dodaje uczona.

Za udostępnienie komentarzy dziękujemy Centrum Współpracy i Dialogu Uniwersytetu Warszawskiego.

Tydzień noblowski 2021 - jeszcze trzy nagrody

W tym roku wśród kandydatów do Nobla w dziedzinie chemii znaleźli się m.in. badacze wolnych rodników czy polimerów. W ubiegłym roku Nagroda Nobla została wręczona autorkom techniki edytowania DNA znanej jako CRISPR.

Jutro dowiemy się, kto otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie literatury. Kolejne Noble: w piątek nagroda pokojowa, w poniedziałek - ekonomiczna.

Źródło: Nobelprize.org.