Giải Nobel Hóa học năm nay, trao choHenri Kagan, của Đại học Paris-Sud, Pháp, vàKenso Soai, của Đại học Khoa học Tokyo, Nhật Bản, ghi nhận những công trình quan trọng liên quan đến việc kiểm soát và khuếch đại tính lưỡng chấn trong các phản ứng hóa học. Nhưng tính lưỡng chấn là gì?
Một cách đơn giản, một số phân tử có thể tồn tại ở hai dạng phản chiếu của nhau, chẳng hạn như bàn tay trái và bàn tay phải. Chúng có cùng các nguyên tử, nhưng có cấu trúc không gian khác nhau – trong ngữ cảnh của phân tử, chúng ta gọi hiện tượng này là enantiomer.
Và điều này rất quan trọng vì cơ thể chúng ta cũng là quiral. Các protein, enzyme và thụ thể của chúng ta có cấu trúc ba chiều rất cụ thể và có thể tương tác theo những cách khác nhau với mỗi dạng.
Điều này dẫn chúng ta đến một trong những ví dụ nổi tiếng nhất trong lịch sử thuốc: talidomide.
Trong những năm 1950, nó được sử dụng như một thuốc an thần và cũng để điều trị buồn nôn trong thai kỳ. Việc sử dụng nó đã gây ra một thảm họa lớn, với hàng ngàn trẻ em sinh ra vớinhững dị tật nghiêm trọng., bao gồm hội chứng focomelia.
Talidomida là một phân tử chiral: một dạng của nó thực sự có tác dụng an thần và có tác dụng điều trị. Dạng khác lại gây ra dị tật ở thai và gây ra dị tật cho thai trong quá trình mang thai – nhưng trước đây, điều này chưa được biết. Trường hợp này đã giúp minh họa một cách rất mạnh mẽ rằng cấu trúc ba chiều của một phân tử có thể quan trọng như vậy so với thành phần hóa học của nó.
Ngày nay, đây là một vấn đề then chốt trong việc phát triển các nguyên liệu dược phẩm hoạt tính (API), các nguyên liệu dược phẩm hoạt tính.
Tùy thuộc vào thuốc, các dạng chiral khác nhau có thể cósự khác biệt quan trọngvề hoạt động, trao đổi chất và an toàn. Do đó, một trong các chiến lược của hóa học dược phẩm là phát triển các tổng hợp bất đối xứng, có khả năng tạo ra chủ yếu dạng mong muốn, tránh hoặc giảm nhu cầu tách một hỗn hợp các enantiômeros sau này.
Và chính trong bối cảnh đó, công trình được trao giải Nobel lại trở nên quan trọng: Kagan và Soai đã giúp chứng minh rằng những khác biệt nhỏ về tính đối xứng có thể được kiểm soát và thậm chí khuếch đại trong một phản ứng hóa học.
Vẫn còn một mối liên hệ hấp dẫn với nguồn gốc của sự sống. Các axit amin có trong protein chủ yếu có cấu hình L, trong khi nhiều đường quan trọng sinh học thuộc họ D. Các cấu hình này có mối tương quan với sự sắp xếp không gian của các phân tử này, như thể chúng là đôi tay, một bên phải và một bên trái. Trong trường hợp các phân tử, chúng ta sử dụng quy ước L và D để phân biệt hai dạng. Cho đến nay, chúng tôi đã nghiên cứu về cách sự ưu tiên này xuất hiện, đặc biệt là vì các phân tử hữu cơ đối xứng được tìm thấy trong thiên thạch.
Tại Sirius, một cái nhìn về hành vi của các phân tử
Nhưng, sau khi tổng hợp một phân tử đối xứng, chúng ta cũng cần biết chúng ta thực sự tạo ra điều gì.
Và đây là các kỹ thuật đặc trưng, chẳng hạn như dicroísmo tròn, một trong những kỹ thuật mà chúng ta có thể sử dụng tại Sirius, máy gia tốc hạt của CNPEM (Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng và Vật liệu), một trong bốn trung tâm thế hệ thứ 4 đang hoạt động trên thế giới, nằm ở thành phố Campinas (São Paulo). CEDRO là một trong các đường ánh sáng của Sirius và sử dụng ánh sáng đồng bộ để nghiên cứu cấu trúc và hành vi của các phân tử, đặc biệt là protein.
Hiểu cấu trúc của một protein là rất quan trọng, vì một thay đổi trong cấu trúc ba chiều của nó có thể thay đổi hoàn toàn cách nó hoạt động.
Một ví dụ gần đây đã được biết đến rộng rãi ở Brazil làtrường hợp của người có ảnh hưởng Lito Sousa,từ kênh Aviões e Músicas, người đã được chẩn đoán mắc bệnh Creutzfeldt-Jakob, một bệnh prion. Trong loại bệnh này, một protein có thể nhận một cấu hình bất thường và thúc đẩy sự thay đổi cấu hình của các protein khác, gây ra một quá trình dẫn đến sự thoái hóa của mô thần kinh. Đây là một ví dụ rất thú vị về mối liên hệ trực tiếp giữa cấu trúc của một protein và chức năng của nó, và trong một số tình huống nhất định, ngay cả với chính bệnh.
Chính vì lý do đó, các kỹ thuật như dicroísmo vòng là rất quan trọng: chúng giúp chúng ta hiểu cách các phân tử này được cấu trúc và cách cấu trúc này có thể thay đổi trong các điều kiện khác nhau.
Tại CEDRO, chúng tôi sử dụng bức xạ đồng hẹp để thực hiện các thí nghiệm về dicroísmo vòng. Kỹ thuật này cho phép chúng ta nghiên cứu cách các phân tử chiral tương tác khác nhau với ánh sáng có cực tính tròn và thu thập thông tin quan trọng về cấu trúc và tổ chức của chúng. Đây là một kết nối thú vị trong bối cảnh giải Nobel năm nay.
Trong quá trình tương tác này, một sự bất đối xứng hóa nhỏ có thể được khuếch đại trong một phản ứng, tạo điều kiện cho việc sản xuất một trong các dạng của một phân tử. Điều này rất quan trọng trong việc phát triển các phân tử dược phẩm, những phân tử cần được đặc trưng để chúng ta hiểu cấu trúc và tổ chức của chúng.
Đây là một ví dụ về cách một vấn đề cơ bản của hóa học có thể kết nối các nghiên cứu về nguồn gốc của sự sống, ngành dược phẩm và một cơ sở hạ tầng khoa học lớn như Sirius.
Lindomar José Calumby Albuquerque không cung cấp dịch vụ tư vấn, làm việc, sở hữu cổ phần hoặc nhận tài trợ từ bất kỳ công ty hoặc tổ chức nào có thể hưởng lợi từ việc xuất bản bài viết này và không tiết lộ bất kỳ mối liên hệ nào khác ngoài chức danh học thuật của mình.