4.12: Doğadaki Kiralite

Kiralite, yaşamın biyokimyasal süreçlerini ve hassasiyetini yöneten, doğanın en ilgi çekici ama aynı zamanda temel yönüdür. Makroskobik bir dünyada salyangoz kabuğu deseninden, yaşamın en küçük yapı taşı olan amino asite kadar her şeyi görmek mümkündür. Dünya çapındaki salyangozların çoğu, genlerindeki içsel kiralite nedeniyle sağa doğru kıvrılmış kabuklara sahiptir. İnsan vücudunda bulunan tüm amino asitler, tek akiral amino asit olan glisin dışında, enantiyomerik olarak saf halde bulunur. Amino asitlerin kiralitesinin, doğal olarak oluşan proteinlerin ve enzimlerin simetrisi ve işlevi üzerinde önemli bir etkisi vardır. 268 kiral merkeze sahip insan kimotripsini, her amino asidin enantiyomerik formlardan birini alması durumunda 2²⁶⁸ olası konfigürasyonda mevcut olabilir. Bununla birlikte, kiralitenin rolü, seçici sindirim enzimi olarak tek bir kiral kimotripsini görevlendirmiştir.

Biyokimyasal süreçlerin kademesindeki bir diğer kritik husus, çoğu enzimin kiralitelerinden dolayı enantiyomerlerden yalnızca biriyle etkileşime girmesidir. Sonuç olarak, enzimin bağlanma bölgesine yalnızca bir enantiyomerin sığabileceği kilit-anahtar mekanizması gibi enantiyo seçicilik ortaya çıkar. Bunun, her enantiyomerin farklı bir etkiye neden olabileceği ilaç tasarımı alanında önemli bir anlamı vardır. Kiralitenin rolü, neredeyse elli yıl önce hamile kadınlarda sabah bulantısının tedavisi için talidomid ilacının reçete edilmesiyle yıkıcı bir şekilde gün ışığına çıktı. O günden bu yana tasarlanan her ilaç için her enantiyomerin özellikleri belirlendi.

En ilginç olanı, kiralitenin bu yönünün mikrokozmostan makrokozmosa kadar uzanmasıdır. Pasteur, optik aktivite ile moleküler kiralite arasındaki bağlantıyı keşfettiğinde, bu onu doğadaki güçlerin bile kiral olduğu varsayımına yöneltti. Bu, temel parçacıklar arasındaki, eşlik simetrisini ihlal edebilen zayıf etkileşimlerde artık evren genelinde kanıtlanmıştır.

Bir bahçe salyangozunun kabuğundaki desenleri hiç fark ettiniz mi? Her ihtimalde, kabuk sağa sarılmış olacaktır. Aslında, Londra'da, sol kıvrılmış bir salyangoz keşfedildiğinde, o kadar nadirdi ki, onu sol kıvrılmış bir eş bulmak için dünya çapında bir kampanya başlatıldı.

Gerçekten de, dünyadaki hemen hemen tüm salyangozlar, genlerinin içsel kiralitesinin bir sonucu olarak sağa sarılmış kabuklara sahiptir.

Salyangozlar gibi, çoğu doğal ürün ve biyomolekül kiraldir. Örneğin, vücudumuzda bulunan tüm amino asitler, tek aşiral amino asit olan glisin hariç, tek enantiyomerler olarak bulunur.

Amino asitler, proteinlerin yapı taşlarıdır; Bu nedenle, amino asitlerin kiralitesi, doğal olarak oluşan tüm proteinlerin ve enzimlerin simetrisi ve işlevi üzerinde önemli sonuçlara sahiptir.

Birçok hayvanın bağırsaklarında bulunan bir sindirim enzimi olan kimotripsin durumunu düşünün. Dizide 268 amino asit bulunan insan kimotripsini, 268 kiral merkeze sahiptir.

Bu amino asitlerin her biri iki enantiyomerik formdan herhangi birinde bulunabilseydi, insan kimotripsin 2²⁶⁸ olası konfigürasyona sahip olurdu. Neyse ki, amino asitler vücudumuzda tek enantiyomerler olarak bulunur ve buna göre, kimotripsin sadece bir kiral konfigürasyonda bulunur.

Yapılarının kiralitesi nedeniyle, kimotripsin gibi çoğu enzim, bir molekülün iki enantiyomerinden sadece biri ile spesifik olarak reaksiyona girer. Bu enantiyoselektivite, enantiyomerlerden sadece birinin, bir kilit ve anahtar mekanizmasına benzer şekilde, enzimin bağlanma bölgesine sığabilmesi nedeniyle ortaya çıkar.

Buna göre, bir ilaç molekülünün enantiyomerleri vücutta farklı biyolojik tepkilere neden olabilir. Örneğin, naproksen ilacının S enantiyomeri anti-enflamatuar özelliklere sahipken, naproksen'in R enantiyomeri bir karaciğer toksinidir. Bu nedenle, naproksen tek bir enantiyomer olarak satılmaktadır.

İbuprofen gibi bazı ilaçlar rasemik karışımlar olarak satılmaktadır. Burada S enantiyomeri aktif ajan iken, R enantiyomeri inaktif ve zararsızdır.