Wszechświat jest asymetryczny i jestem przekonany, że życie, jakie znamy, jest bezpośrednim wynikiem asymetrii wszechświata lub jego pośrednim skutkiem” – napisał wybitny francuski naukowiec Ludwik Pasteur. Większość z nas kojarzy jego nazwisko z metodą pasteryzacji, dzięki której możemy chronić żywność przed niszczącym działaniem bakterii. Jednak Pasteur dokonał też wielu innych odkryć. Jedno z nich dało początek nowej dziedzinie chemii i do dziś stanowi zagadkę dla naukowców.

 

Winogrona – zawsze w lewo

W roku 1848 Pasteur badał zachowanie soli kwasu winowego. Uczony przepuszczał przez kryształy tej substancji wiązkę światła spolaryzowanego – czyli takiego, w którym wszystkie fale świetlne „drgają” w jednej płaszczyźnie. Wiedział już, że niektóre związki chemiczne skręcają ową płaszczyznę w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara (czyli w prawo), a inne w przeciwną stronę (czyli w lewo). W przypadku soli kwasu winowego kluczowe znaczenie miało jego pochodzenie. Gdy Pasteur użył kryształów, które zsyntetyzował w laboratorium, światło nie zmieniało kierunku polaryzacji. Jeśli jednak sole pochodziły bezpośrednio z winogron, efekt ten był już widoczny. Naturalna substancja zawsze skręcała światło w lewo.

Związek chemiczny zachowywał się inaczej, choć poza tym miał identyczne właściwości chemiczne i fizyczne. Pasteur wyodrębnił w sztucznie wytworzonych solach kwasu winowego dwie grupy kryształów, które były swoim lustrzanym odbiciem. Doszedł do wniosku, że połowa kryształów skręcała światło w lewo, a druga połowa – o identyczny kąt w prawo. Równa mieszanina obu wersji nie skręcała zatem światła w ogóle, ponieważ oba efekty wzajemnie się znosiły. W ten sposób powstała nowa dziedzina zwaną stereochemią, czyli chemią przestrzenną. Zjawisko zaobserwowane przez Pasteura to chiralność. Po grecku cheir oznacza rękę. Chiralne cząsteczki przypominają nasze dłonie – obie mają tyle samo palców, ale lewa rękawiczka nie pasuje na prawą dłoń. Winogrona, z których pochodziły sole kwasu winowego, preferowały noszenie tylko jednej rękawiczki – produkowały tylko jedną wersję kwasu winowego. Potem okazało się, że równie asymetryczne są wszystkie organizmy zamieszkujące Ziemię.

 

Lustrzany przypadek

Niezależnie od tego, czy badamy bakterie, czy płetwale błękitne, w ich komórkach znajdziemy zawsze te same biochemiczne „cegiełki”. I zawsze są to te same lustrzane odmiany: w przypadku tworzących białka aminokwasów lewoskrętne, w przypadku cukrów (także tych wchodzących w skład DNA) – prawoskrętne. Bez wyjątku! Nie ma na Ziemi organizmu zbudowanego z prawoskrętnych aminokwasów oraz lewoskrętnych cukrów. I do dziś nie ma także jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, dlaczego życie właśnie tak złamało symetrię.

Duża część naukowców jest zdania, że była to kwestia przypadku. Pierwsze organizmy żywe powstawały z chaotycznie łączących się cząsteczek i okazało się, że tylko te z lewoskrętnymi aminokwasami doczekały się potomstwa. Oznaczałoby to jednak, że gdzieś w kosmosie mogą istnieć istoty zbudowane z wersji prawoskrętnych. Dlatego szukając śladów życia na innych planetach, np. na Marsie, uczeni zwracają uwagę na cząsteczki chiralne. Jeśli uda się gdzieś wykryć nadwyżkę lewo lub prawoskrętnych cząsteczek organicznych, będzie to poważna przesłanka za istnieniem tam życia. Ale właściwie dlaczego nie możemy być zbudowani z obu wersji?

W 1894 r. niemiecki chemik Hermann Emil Fischer stworzył model „klucza i zamka”. Zgodnie z nim cząsteczki związków organicznych, które łączą się ze sobą, muszą być geometrycznie dopasowane. Innymi słowy, muszą pasować do siebie tak jak klucz do zamka. Gdyby jedna cząsteczka białka była zbudowana z lewoskrętnych cegiełek, a druga z prawoskrętnych, nic by z tego nie wyszło.

Lustrzane różnice

Lewoskrętne i prawoskrętne cząsteczki związków chemicznych wywierają odmienny wpływ na żywe organizmy, choć poza tym mają identyczne właściwości fizyczne i chemiczne.

  • Karwon  za charakterystyczny zapach mięty odpowiada związek zwany karwonem, który pochodzi z liści tej rośliny. Prawoskrętna cząsteczka tego samego związku ma jednak zapach kminku.
  • Aspartam  to słodzik, który jest ok. 180 razy słodszy od zwykłego cukru, czyli sacharozy. Jego prawoskrętną cząsteczkę nasze receptory smaku uznają za gorzką.
  • Limonen  zawarty w pomarańczy prawoskrętny limonen odpowiada za jej charakterystyczny zapach. Lewoskrętna wersja ma zapach igieł sosny.