Хирален стерилитет на биосферата
Хиралността (от древногръцки χειρ - ръка, а не това, което мислите) е химичен термин за изомери на вещество. Както знаете, много доста сложни вещества имат молекули с една и съща химична формула, състоящи се от едни и същи атоми, но пространствената конфигурация на тези молекули е различна. Тези молекули (или изомери) имат хиралност или някакъв вид симетрия. Пример за огледална симетрия са две рамена. Лявата ръкавица не може да се сложи на дясната ръка и обратно. Но в огледалото дясната ръка изглежда като лявата, а лявата изглежда като дясната. По същия начин изомерите на молекулите на едно вещество (те се наричат цис и транс изомери) не могат да бъдат пространствено насложени, а се получават един от друг чрез огледално отражение. В допълнение към огледалната симетрия може да има и други видове симетрия, например централна симетрия, аксиална симетрия.
Изомерите на веществата имат различни свойства. Например, при кристализация на натриев амониев тартрат, цис и транс изомерите образуват съответно десен и ляв кристал. Ако семето съдържа само цис изомера, тогава кристалът ще расте само с дясна ръка. Всички транс изомери ще останат в разтвор. Между другото, това свойство е в основата на индустриалното разделяне на изомерите в химията (при пречистването на лекарства).
За първи път великият Луи Пастьор се сблъсква с феномена хиралност. Той даде името на това явление.
Оптична активност.
За първи път способността на веществата да въртят равнината на поляризация е забелязана от Доминик Араго през 1811 година. Малко по-късно Био и Зеебек установяват, че терпентинът също е способен да върти равнината на поляризация и то не само в течност, но и в газообразна форма. Така стана ясно, че оптичната активност е присъща именно на молекулите на веществата.
През 1828 г. Уилям Никол проектира поляриметъра - устройство, използвано и до днес, за измерване на ъгъла на въртене на равнината на поляризация. Състои се от два кристала исландски шпат, които пропускат поляризирана светлина през тях. Между тях, на оптичната ос на устройството, се намира изследваното вещество.
Ако излеете разтвор с ляв (или десен) изомер в поляриметровата кювета, можете да видите, че равнината на поляризация на светлината, преминала през кюветата, се е обърнала.
И тук е хирална стерилност?
Често цис и транс изомерите имат различни химични и биологични свойства. Например, всички живи същества на Земята са съставени от лево-въртящи се аминокиселини и право-въртеливи захари.
Ако разтвор с аминокиселина, получена от жив организъм, се излее в кюветата на поляриметъра на Никола, тогава равнината на поляризация на светлината ще се обърне наляво.
Смес от левия и десния изомер, естествено, никъде не завърта равнината. И двата изомера взаимно компенсират оптичната активност един на друг. По този начин експериментаторите получават много прост метод, който им позволява да открият за няколко секунди кой изомер (или смес от изомери) е получен в резултат на химическа реакция.
Интересно е, че реакционните продукти, получени в експеримента на Милър-Юри, не въртят равнината на поляризация. Следователно аминокиселините в този експеримент са съставени от смес от изомери. По този начин биологичните аминокиселини все още се различават от аминокиселините, получени чрез химична реакция. Това е най-мощният аргумент на противниците за приложимостта на резултатите от експеримента на Стенли Милър към загадката на абиогенезата.
Освен това експериментите показват, че различните изомери са биологично активни по различни начини. Например, левият изомер на антибиотика пенициламин има, както би трябвало, антимикробно действие. Правилният изомер е ужасна отрова, убиваща всичко - както микробите, от които се лекува тялото, така и самото тяло. В най-малките концентрации води до слепота.
Загадката на хиралната стерилност
Биосферата на Земята е хирално стерилна. В литературата все още можете да намерите термините "хирална асиметрична", "хирална хомогенна" и т.н. Без живо изключение, всички живи същества, от амеби до слонове, са съставени от едни и същи левовъртящи се аминокиселини и дясно въртящи се захари.
Всъщност, защо биосферата е хирално хомогенна? Хипотезите на абиогенезата обикновено обясняват това с факта, че ВСИЧКО биосферата еволюира от една-лява РНК молекула. И двата изомера присъстваха в първичния бульон, но в резултат на пребиологични мутации (виж теорията на хиперциклите) една молекула спечели предимство. Например, при което поради успешна мутация скоростта на катализираните реакции се е увеличила. Тази молекула предава своя наследствен код на потомците, които „поглъщат“ цялата органична материя без собственици. Случайно тази успешно мутирала молекула е лявата РНК.