שיטה חדשה לזיהוי מדויק של מולקולות כיראליות

מדענים הצליחו להדגים, לראשונה אי-פעם, יכולת לזהות באופן מהיר ואמין את הכיראליות של מולקולות שונות הנמצאות באותה תערובת

כיראליות. איור: shutterstock
כיראליות. איור: shutterstock

[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]
מדענים הצליחו להדגים, לראשונה אי-פעם, יכולת לזהות באופן מהיר ואמין את הכיראליות של מולקולות שונות הנמצאות באותה תערובת.

המחקר, בראשות כימאים מאוניברסיטת נוטינגהאם ומאוניברסיטת אמסטרדם, שפורסם בכתב העת המדעי היוקרתי Nature Communications, יוכל להציע שיטה חדשנית לקביעה באם מולקולה קיימת בצורה כיראלית (כיראליות) אחת או ההפוכה לה. פריצת הדרך תוכל להיות חשובה עבור הפיתוח של מולקולות יעילות לשימוש בטווח נרחב של תחומים ותעשיות – החל מפיתוחן של תרופות ואבחון מחלות בטוחים יותר וכלה בפיתוחן של חומרי הדברה פחות רעילים לאדם ולסביבה.

רבות מהמולקולות מתקיימות בצורות שהן למעשה זהות, למעט העובדה כי הן דמויות מראה מדויקות אחת של השנייה, כמו שתי כפות הידיים שלנו. במערכות ביולוגיות מופיעות בדרך כלל מולקולות בעלות כיראליות מסוג אחד בלבד, למרות שהקהילייה המדעית עדיין לא מבינה לחלוטין מדוע זה מה שהתרחש בטבע. לדוגמה, למרות ששתי התצורות של חומצות אמינו (אבני הבניין של החיים עצמם) ניתנות להכנה במעבדה, בטבע הן מופיעות בתצורה אחת בלבד.

הכיראליות של ביו-מולקולות אלו גם משפיעה באופן משמעותי על הדרך שבה הן מגיבות עם מולקולות אחרות, למשל, עם תרופות כיראליות. כיום, יותר ממחצית התרופות המיוצרות בשוק המסחרי פעילות רק באחת משתי התצורות האפשרויות שלהן. מסביר החוקר הראשי: "הדבר נכון עבור מולקולות כמו סוכרים וגם עבור מקרומולקולות גדולות הרבה יותר, למשל דנ"א. אנשים מכירים היטב את מבנה הסליל הכפול של הדנ"א, אולם רובם לא מודעים לכך כי הסלילים מתפתלים תמיד לאותו כיוון ולא לכיוון השני האפשרי להם. הכימיה של החיים בררנית לכיראליות. זה כמו שיש לך רק סוג אחד של כפפה משני הסוגים (ליד ימין וליד שמאל). כמו שיהיה לך קשה ללחוץ את ידו השמאלית של בן אדם אחר באמצעות היד הימנית שלך, כך הדבר נכון גם עבור מולקולות המגיבות אחת עם השנייה. אם מתייחסים למולקולה בעלת כיראליות שמאלית, תהיה לה עדיפות בתגובתה עם מולקולה בעלת כיראליות שמאלית או ימנית".

הכיראליות חשובה מאחר והיא עשויה להשפיע על התכונות והתפקוד של המולקולות הזהות לכאורה, השפעות הניתנות להכרה בגוף האדם. דוגמה קלאסית היא הכיראליות של צמדי מולקולות המפיצות ניחוחות שונים לחלוטין. מולקולת הריח לימונן – המשמשת כניחוח פירות הדר וכמסירת שומנים במגוון נרחב של מוצרי ניקוי ביתיים – ידועה היטב בשל יכולתה להפיץ ריח או כתפוזים או כלימונים, זאת כתלות בכיראליות של המולקולה הפרטנית. בתחום הרוקחות, כיראליות יכולה להיות קריטית לאור העובדה כי צורה אחת יכולה להוליד תוצאה חיובית והאחרת להוביל לתופעות לוואי שליליות, כמו במקרה המוכר של התרופה תלידומיד שניתנה לנשים בהריון בשנות השישים.

שיטה קיימת להבחנה בין צורות כיראליות מנוגדות, הקרויה בשםcircular dichroism, כרוכה בחשיפת המולקולות לאלומת אור מקוטב מחזורי ומדידת ההבדל בבליעת האור על ידי המולקולות השונות. אולם, גודל ההשפעות הנבדלות הוא נמוך – שברירי אחוז בודד בלבד – כך שהשיטה הזו נאבקת להגיע לרמת הרגישות של אף אנושי. המחקר מדגים שיטה חדשה ומהירה שתוכל לשמש לשם האיתור של מולקולות כיראליות, שיטה המולידה תוצאות מוחשיות יותר ובעלות רמת דיוק גבוהה יותר. השיטה החדשה – Mass-Selected PhotoElectron Circular Dichroism (MS-PECD) – מנצלת אור מקוטב מחזורי המופק על ידי לייזר לשם היינון של המולקולות באמצעות הרחקת אלקטרון מתוכן. באמצעות מעקב אחר הכיוון שבו נע האלקטרון המתנתק מהמולקולה – בין אם בכיוון חזית אלומת הלייזר ובין אם בכיוון המנוגד לאלומה – ניתן להבדיל בין הכיראליות השונה של המולקולות תוך קבלת רמת דיוק של עשיריות האחוז, רמה הגדולה פי כמה מהרמות המתקבלות בשיטות הקיימות.

השיטה משלבת גם ספקטרוסקופיית מסות שבמהלכה מופעל מתח חשמלי קטן על האלקטרון הטעון שלילית ועל היון הטעון חיובית, מתח הגורם להם להתרחק אחד מהשני בכיוונים מנוגדים. כך החוקרים מסוגלים לאתר בו-זמנית הן את האלקטרון והן את היון החיובי הנגזר מתוכו כאשר אם הם מגיעים לגלאים בו-זמנית סביר להניח שהם הגיעו מאותה מולקולה. את המסה של היון ניתן למדוד ולהתאים לאלקטרון המתאים לו. על ידי שילוב שתי השיטות הללו, ניתן לקבוע הן את הכיראליות של המולקולות והן את הכמות היחסית שלהן בתערובת נתונה.

 

יתרון נוסף של השיטה החדשה טמון בכך שבמסגרתה ניתן להשתמש בדוגמאות גזיות ולא בריכוזים גבוהים של החומר בתמיסה. השיטה תוכל להיות חשובה עבור הפיתוח של מולקולות יעילות לשימוש בטווח נרחב של תחומים ותעשיות – החל מפיתוחן של תרופות ואבחון מחלות בטוחים יותר וכלה בפיתוחן של חומרי הדברה "ירוקים" ופחות רעילים לאדם ולסביבה. מולקולות כיראליות נפלטות גם ממספר סוגים של צמחים ועצים כאשר אלו מצויים בתנאי עקה וכך הגלאים המסוגלים למדוד את הריכוזים שלהן בדגימות אוויר יוכלו לשמש לניטור השינויים האקולוגיים המתרחשים בסביבתנו. בתחום תעשיית המזון, השיטה החדשה תאפשר לחברות להתאים ביתר יעילות את ריכוזי חומרי הריח והטעם המוספים למזון ולמשקאות שאנו צורכים.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן