Зад огледалото

Или защо хората могат да използват като храна само една от огледалните форми на аминокиселините и захарите

Когато застанем пред огледалото, виждаме себе си. Вярно, ако вдигнем лявата си ръка, човекът, който гледа към нас от огледалото, ще вдигне дясната си ръка. Това някак не ни удивява, всичко си е същото, само местата на лявото и дясното са разменени. Достатъчно е обаче да погледнем в огледалото циферблата на ръчния си часовник, за да разберем, че нещо е дълбоко сбъркано. Дори секундната стрелка се движи наопаки! Казват, че такива „огледални“ часовници се произвеждат (фиг. 1).
Ако имате един от тях, изображението му в огледалото ще бъде най-нормално – само часовникът ще изглежда поставен вече не на лявата, а на дясната ръка.

Огледални молекули
Както може да има „нормални“ и „огледални“ часовници, така има „леви“ и „десни“ молекули. Атомите на тези молекули са в две ориентации – едната ориентация е огледална на другата, като двете подреждания не съвпадат, както не съвпадат лявата и дясната ръка. Много от органичните съединения имат молекули с ляво или дясно разположение на атомите в тях (фиг. 2).
Двете огледални форми на едно съединение не се отличават по своите химични и физични свойства. Температурите на топене и кипене, разтворимостта, плътността, реакциите с различните химически агенти са идентични.
Има обаче една важна разлика – „левите“ и „десните“ молекули са оптично активни, тоест техните разтвори изместват плоскостта на преминаващата през тях поляризирана светлина в различна посока. Ако молекулите в разтвора са „десни“, плоскостта на поляризираната светлина се завърта по часовниковата стрелка на определен ъгъл, ако молекулите са „леви“, въртенето е на същия ъгъл, но обратно на часовниковата стрелка. Сместа от двата вида молекули е оптически неактивна и не променя поляризираната светлина.

Жизнената сила
Дълго време и най-просветените умове в Европа са смятали, че органичните съединения, тоест сложните и разнообразни съединения на въглерода, са продукт само на организмите. Твърда е била вярата, че само живата природа може да произведе алкохол, захар, глюкоза, винена киселина, оцетна и млечна киселина. Приемало се е, че организмите притежават особена „жизнена сила“, вид „енергия“, която направлява материята и сглобява органичните съединения.
Успехите на химията
Идва обаче време, когато химиците от прости неорганични вещества се научават да синтезират все по-сложни органични съединения. И тук веднага се забелязва една поразителна особеност.
Когато едно съединение се синтезира в лабораторията, винаги се получават по равен брой молекули с лява и дясна ориентация – съответно синтетичните органични съединения никога не са оптично активни. Очевидно, химическите сили не различават ляво и дясно. Неизбежно, когато се създават несиметрични комбинации от атоми, двете огледални форми, подчинявайки се на законите на случайността, се създават в равно съотношение.

Химията на живота е друга
Не е така в живата природа! Там органичните съединения, ако са несиметрични, са само с една ориентация – или са „леви“, или са „десни“. Това е най-голямата разлика между живото и неживото. Асиметрични, с една определена ориентация, са захарите, нишестето, целулозата, аминокиселините и белтъците, ензимите, двойната спирала на ДНК. Трябва ли отново да мислим за някаква „жизнена сила“, която подрежда атомите по определен начин, избягвайки случайността?
Това е било загадка, която е смущавала съня на Луи Пастьор. Той мъчително търси външна асиметрия, която да определя асиметрията в живата природа. Поставя все по-сложни и фантастични опити. Кристализира разтвори и отглежда растения между мощни магнити, със система от огледала и часовников механизъм обръща денонощната ориентация на осветяване на растенията. Независимо от усилията успехи няма – ляво-дясната ориентация на молекулите продължава да се запазва.
Минава почти столетие, преди да се разбере, че всички химични реакции в живите клетки са „планирани“ и стават с помощта на белтъчни катализатори – ензими, което осигурява асиметрията на продуктите.
Ето един впечатляващ пример за това. Удивителна е способността на растенията да извличат от околната среда вода и въглероден диоксид – прости вещества, напълно симетрични, и с няколко ензимни реакции да ги превръщат в захар и нишесте (скорбяла) – сложни асиметрични органични съединения.

Симетриятана веществата е от значение
Организмите се състоят от несиметрични молекули. Не е чудно, ако реакцията на организмите към левите и десните молекули се окаже различна. Обектите с огледална ориентация, за да могат да взаимодействат, трябва пространствено да си съответстват. Някаква представа за това ни дава всекидневието – лявата обувка трудно се обува на десния крак, а лесно – на левия.
Хората могат да използват като храна само една от огледалните форми на аминокиселините и захарите. „Преобърнатият човек“ е разказ от Артър Кларк – известен автор на научна фантастика. Разказът започва с авария, станала в експериментална електроцентрала. В резултат един от електротехниците се превръща в своя огледален образ. Всичко в него е засегнато – от молекулите, до монетите в джоба му и записките в тефтера, които сега трябва да се четат с огледало. Бързо става ясно, че въпреки добрата диета пострадалият е заплашен от гладна смърт – сега тялото му изисква не нормалните хранителни вещества, а огледалните им форми.

Аромати и лекарства
Видимо, „огледалните храни“, които да ни доставят енергия, няма да са добри за нас. Но как стоят нещата с течностите, които употребяваме. В тях главна съставка е водата, а „огледална“ вода просто няма. Млякото обаче има казеин (белтъчина) и млечна захар (лактоза) – то няма да е нито така вкусно, нито полезно. Виното съдържа етилов алкохол (етанол), който е със симетрична молекула. Но това не значи, че огледалното вино ще е същото. Цветът ще остане, но във виното се съдържат десетки вещества, които му придават специфичния вкус и аромат. Всички те са несиметрични, „леви“ или „десни“. А това означава, че „огледалните“ им представители ще бъдат с друг, по-силен или по-слаб ефект върху рецепторите в носа и по езика. Виното, произведено в огледалния свят, за истинските ценители на качеството просто ще бъде друго.
Днес повечето от лекарствата, които ползваме, са синтетични продукти. Разбира се, те са пречистени от странични съединения, които са с друга химическа формула. Но някои от тях имат ляво-дясна асиметрия и съответно се синтезират като смес от „леви“ и „десни“ молекули.
В някои случаи само едните форми са активни (например при ибупрофена), в други случаи те могат да носят странични ефекти. Има начини – нито прости, нито евтини, двете форми да се разделят. Напоследък успешно се развиват методите за синтеза само на една от огледалните форми. Известен пример е антибиотикът „левофлоксацин“. Японски химици успяват да го синтезират в една пространствена форма. А антибиотикът става широко използван в целия свят.

Свързани статии:

Марс в картина и звук Живот на неочаквани места Ток от… портокали Софийският апел за цифрово образование