4.12: Chiralité dans la nature

La chiralité est la facette la plus intrigante mais essentielle de la nature. C’est celle qui gouverne les processus biochimiques et la précision de la vie. Elle peut être observée depuis le motif de la coquille d'un escargot dans un monde macroscopique jusqu'à un acide aminé, le plus petit élément constitutif de la vie. La plupart des escargots à travers le monde ont des coquilles enroulées vers la droite en raison de la chiralité intrinsèque de leurs gènes. Tous les acides aminés présents dans le corps humain existent dans un état énantiomériquement pur, à l'exception de la glycine - le seul acide aminé achiral. La chiralité des acides aminés a des conséquences significatives sur la symétrie et la fonction des protéines et des enzymes naturelles. Avec 268 centres chiraux, la chymotrypsine humaine pourrait exister dans 2²⁶⁸ configurations possibles si chaque acide aminé prenait l'une des formes énantiomériques. Cependant, le rôle de la chiralité a ordonné une seule chymotrypsine chirale en tant qu'enzyme digestive sélective.

Un autre aspect critique dans la cascade des processus biochimiques est que la plupart des enzymes interagissent avec seulement l'un des énantiomères en raison de leur chiralité. Par conséquent, une énantiosélectivité se produit, comme un mécanisme de verrouillage, où seul un énantiomère peut s'adapter au site de liaison de l'enzyme. Cela a une implication significative dans le domaine de la conception de médicaments, où chaque énantiomère peut induire un effet différent. Le rôle de la chiralité a été mis en lumière de manière dévastatrice il y a près de cinq décennies lorsque le médicament thalidomide a été prescrit pour le traitement des nausées matinales chez les femmes enceintes. Depuis lors, les propriétés de chaque énantiomère ont été déterminées pour chaque médicament conçu.

Plus intéressant encore, cette facette de la chiralité s'étend du microcosme au macrocosme. Lorsque Pasteur a découvert le lien entre l'activité optique et la chiralité moléculaire, cela l'a conduit à conjecturer que même les forces de la nature sont chirales. Cela a maintenant été prouvé à travers l'univers dans les interactions faibles entre les particules fondamentales, qui peuvent violer la symétrie de parité.

Avez-vous déjà remarqué les motifs sur la coquille d’un escargot de jardin ? Selon toute probabilité, la coquille sera enroulée vers la droite. En fait, à Londres, lorsqu’un escargot enroulé vers la gauche a été découvert, il était si rare qu’une campagne mondiale a été lancée pour lui trouver un partenaire enroulé vers la gauche.

En effet, presque tous les escargots du monde ont des coquilles enroulées vers la droite, une conséquence de la chiralité intrinsèque de leurs gènes.

Comme les escargots, la plupart des produits naturels et des biomolécules sont chiraux. Par exemple, tous les acides aminés présents dans notre corps existent sous forme d’énantiomères uniques, à l’exception du seul acide aminé achiral, la glycine.

Les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines ; en tant que tel, la chiralité des acides aminés a des conséquences importantes sur la symétrie et la fonction de toutes les protéines et enzymes naturelles.

Prenons le cas de la chymotrypsine, une enzyme digestive présente dans les intestins de nombreux animaux. La chymotrypsine humaine, avec 268 acides aminés dans la séquence, a 268 centres chiraux.

Si chacun de ces acides aminés pouvait exister sous l’une ou l’autre de ses deux formes énantiomériques, la chymotrypsine humaine aurait 2²⁶⁸ configurations possibles. Heureusement, les acides aminés existent sous forme d’énantiomères uniques dans notre corps et, par conséquent, la chymotrypsine n’est présente que dans une seule configuration chirale.

En raison de la chiralité de leur structure, la plupart des enzymes telles que la chymotrypsine réagissent spécifiquement avec un seul des deux énantiomères d’une molécule. Cette énantiosélectivité se produit lorsqu’un seul des énantiomères peut s’insérer dans le site de liaison de l’enzyme, analogue à un mécanisme de serrure et de clé.

En conséquence, les énantiomères d’une molécule médicamenteuse peuvent invoquer différentes réponses biologiques dans le corps. Par exemple, alors que l’énantiomère S du naproxène a des propriétés anti-inflammatoires, l’énantiomère R du naproxène est une toxine hépatique. Ainsi, le naproxène est vendu sous forme d’énantiomère unique.

Certains médicaments, tels que l’ibuprofène, sont vendus sous forme de mélanges racémiques. Ici, alors que l’énantiomère S est l’agent actif, l’énantiomère R est inactif et inoffensif.